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引言

通过TXRF直接测量晶片表面的微量元素是快速和非破坏性的。SR-TXRF具有与TXRF相似的特征，但主要由于高通量，检测限要好得多。VPD-TXRF和VPD-SR-TXRF在不同程度上提高了探测能力。但是，某些元素(如铜)在某些浓度下可能会有回收问题。VPD电感耦合等离子体质谱由于溶解了天然氧化物，是一种破坏性技术，但它可以分析元素周期表中的大多数元素，尤其是低Z元素。通过使用NIST标准进行校准，可以相对容易地验证定量。所有这些技术可以相互补充，并为半导体行业提供全面的分析。

介绍

超净硅晶片表面是超大规模集成电路制造的最关键因素之一，因为晶片加工过程中不受控制的污染会改变电特性，导致产量损失1。晶片表面上一定浓度的金属杂质会导致严重的器件退化，例如载流子寿命缩短、栅极氧化物的电介质击穿、阈值电压偏移和pn结的漏电流。

使用同步辐射作为主要激发源可以提高TXRF的整体灵敏度。与通过电子轰击金属靶产生的常规x射线源相比，同步辐射是作为储存环中循环或振荡电子的自然副产品产生的。它包含电磁光谱的所有波长，比标准仪器的x射线发生器强大100倍或更多。同步辐射的主激发源与传统x射线管相比有几个优点:高附带通量与低发散度相结合导致更高的荧光强度，因此检测限更低。由于它的线偏振，入射光束的弹性散射可以减少。已经被全反射降低的光谱背景被进一步降低。同步辐射的可调性允许通过增加光子吸收截面来提高特殊元素的灵敏度。

实验与讨论 

由VPD-TXRF和VPD-电感耦合等离子体-质谱进行的晶片制备和分析是在洁净室的超洁净环境中进行的。在裸硅晶片表面上沉积已知量的铜溶液(例如50 mL)后，发现液滴的直径为4-5毫米。在室温下用氮气吹扫干净的盒子中干燥后，干燥点的尺寸减小到直径小于1毫米。然后用TXRF仪器(原子钟8030瓦)分析晶片上的干点。基于0.5 cm2的采样面积计算表面浓度。使用TXRF制造商提供的晶片表面有镍干点的标准晶片来校准仪器。 

TXRF研究晶片表面铜溶液的干点；在晶片表面上干燥一滴铜溶液。研究发现，在TXRF对铜干渣的分析中，当铜的表面浓度高于一定浓度时，铜的分析结果通常低于预期。例如，在0.5 cm2的取样面积下，沉积在晶片上的含1 ng铜的单个液滴的表面浓度应为1890 E10原子/cm2(理论值)。然而，发现来自五次重复的平均1612个E10原子/cm2，表明比理论结果低15%，如图2所示。同样，一滴

沉积在晶片表面的0.5纳克铜应导致940个E10原子/平方厘米的表面浓度。平均767个E10原子/cm2表明比理论结果低18%。值得注意的是，在较低的表面浓度下，例如0.05纳克铜的干点，这种现象不再存在。

图2 TXRF的铜结果与铜干残渣的计算表面浓度

用TXRF和电感耦合等离子体质谱法测定晶片表面铜/镍溶液的干斑；为了进一步研究，在晶片表面沉积一滴铜/镍混合溶液。TXRF分析了干斑。然后用0.5毫升H2O2/HF溶液提取干斑两次。提取的溶液通过电感耦合等离子体质谱进行分析。图3a显示了TXRF和电感耦合等离子体质谱的铜回收率。电感耦合等离子体质谱的铜结果显示100% = 10%的一致回收率。相比之下，TXRF的铜回收率为80%左右。考虑到TXRF和电感耦合等离子体质谱法的镍回收率接近100%，如图3b所示，可以排除在TXRF测量过程中位置错误的可能性。发现我们的发现与最近的一份报告不同，在该报告中，TXRF的铬、铁、镍、铜和锌的结果都低于电感耦合等离子体原子发射光谱法。差异的可能性之一可能归因于不同的干燥条件。

在室温下用氮气吹扫进行这项工作；同时使用该报告中的红外加热灯干燥混合元素溶液。然而，TXRF铜回收率较低可能是由于干燥过程中的一些未知因素。详细的调查正在进行中。

总结

我们比较了TXRF技术、SR-TXRF技术、电感耦合等离子体质谱技术和VPD技术，研究了在晶片表面干燥液滴时的铜浓度。一般来说，通过TXRF直接测量晶片表面的微量元素是快速和非破坏性的。SR-TXRF具有与TXRF相似的特征，但主要由于高通量，检测限要好得多。TXRF和SR-TXRF对低Z元素的测量正在改进，但目前仍处于开发过程中。VPD-TXRF和VPD-SR-TXRF在不同程度上提高了探测能力。然而，我们发现一些元素(如铜)在一定浓度以上可能会有回收问题。值得一提的是，TXRF已经对晶圆表面的检测限进行了许多调查，但只有少数调查评估了回收率。因此，许多关于量化的问题仍然是未知的。另一方面，VPD电感耦合等离子体质谱是一种破坏性技术，因为它溶解了晶片上的天然氧化物，但它可以分析元素周期表中的大多数元素，尤其是低Z元素，

例如硼、钠、镁和铝。通过使用NIST标准进行校准，可以相对容易地验证定量。所有这些技术可以相互补充，并为半导体行业提供全面的分析。