CN102520054A - 一种高硅抛光片表面贵金属离子回收率测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高硅抛光片表面贵金属离子回收率测试方法，通过采用新型萃取液对高硅抛光片表面贵金属离子萃取回收，提取贵金属，萃取液由低浓度的硝酸和盐酸配制而成，通过化学反应实现萃取液对贵金属元素的回收；采用新型萃取液，能够解决原有萃取液对于硅抛光片表面贵金属回收率低的问题，使铂Pt、银Ag、钯Pd和金Au的回收率达到了70%以上，提高硅抛光片表面贵金属测试的稳定性，从而满足对于硅抛光片表面贵金属离子的测试要求。

Description

一种高硅抛光片表面贵金属离子回收率测试方法

技术领域

     本发明涉及半导体硅抛光片的检测领域，特别涉及一种高硅抛光片表面贵金属离子回收率测试方法。

背景技术

硅抛光片表面金属离子的测试是为了满足半导体行业不断缩小的特征尺寸和不断增加的元件密度而产生的。在半导体元器件生产过程中引入的痕量杂质元素可能使芯片的合格率降低，特定的污染问题可导致半导体器件不同的缺陷，例如碱金属与碱土金属(Li, Na, K, Ca, Mg, Ba等)污染可导致元件击穿电压的降低；过渡金属与重金属(Fe, Cr, Ni, Cu , Mn, Pb等)污染可使元件的寿命缩短，或者使元件工作时的暗电流增大。作为加工器件的原材料，硅抛光片表面的金属离子将直接影响器件加工的合格率。

目前，各大半导体厂商使用如下方法进行金属离子的测定：

首先，利用化学气相分解方法，使硅抛光片在雾化的氢氟酸环境中将表面上的自然氧化层去除，使其表面形成裸露的硅。然后，立即使用一滴（约1ml）萃取液扫过表面上的所有面积。最后，使用ICPMS等元素分析仪器测试液滴中金属离子的含量。

常规分析中使用的萃取液是氢氟酸（HF）、双氧水（H2O2）和硝酸（HNO3）按照一定比例稀释形成的，该萃取液对于Na、Mg、Al、K、Ca、Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Cu、Zn等常规半导体加工中引用的金属离子能够获得较好的回收效果。

表1：常规金属离子回收率

元素名称	回收率（%）	元素名称	回收率（%）
				Na	99.8	Mg	99.9
Al	99.6	K	99.8
				Ca	98.4	Cr	99.6
Mn	99.8	Fe	98.5
				Ni	99.7	Co	99.9
Cu	87.9	Zn	99.3

所谓回收率是表征仪器稳定性的一个重要指标， 其计算方法为使用一片喷有一定浓度金属离子杂质的硅抛光片进行连续三次扫描，其第一次测试浓度占三次测试浓度总和的百分比即位回收率。回收率越接近100%，说明每次测试对测试仪器的影响越小，反之，如果回收率不高，说明该测试已对测试系统产生了严重的影响。

随着半导体行业的发展，一些贵金属如铂（Pt）、银（Ag）和钯（Pd）应用至工艺中，同时金（Au）的残留将严重影响硅抛光片的少数载流子浓度，而利用常规分析中使用的萃取液，对这四种贵金属元素的回收率极低，无法满足测试要求。

表2：贵金属离子回收率

	Au	Pd	Pt	Ag
					回收率(%)	5	6	11	1

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种新的萃取液配方，应用新的萃取液和萃取测试方法对硅抛光片表面贵金属离子含量进行测试，使铂（Pt）、银（Ag）、钯（Pd）和金（Au）元素的回收率超过70%。

本发明是通过这样的技术方案实现的：一种高硅抛光片表面贵金属离子回收率测试方法，其特征在于，通过采用新型萃取液对高硅抛光片表面贵金属离子萃取回收，提取贵金属，使铂（Pt）、银（Ag）、钯（Pd）和金（Au）的回收率大于70%，所述萃取液由低浓度的硝酸和盐酸配制而成，通过化学反应实现萃取液对贵金属元素的回收；其化学反应式为：

Au + HNO₃ + 4HCl = H[AuCl₄] + NO↑+ 2H₂O  

3Pt + 4HNO₃ + 18HCl = 3H₂[PtCl₆] + 4NO↑+ 8H₂O 

Ag+HNO₃+HCl=AgCl+NO₂+H2O 

2HNO₃+12HCl+3Pd==2NO+3H₂PdCl₄+4H₂O

所述高硅抛光片表面贵金属离子回收率测试方法包括如下步骤：

a)    选择高纯化学品：

硝酸：HNO3 日本多摩化学 68% 10ppt； 

盐酸：HCl 日本多摩化学 20% 10ppt； 

b)    选择超纯水制备设备：型号Milli-Q A10 with Qpod Element 水质：电阻率>18.2MΩ.cm TOC<5ppb； 

a)      使用天平和取液枪配制最终浓度为硝酸1%和盐酸3%的萃取液，萃取液浓度偏差不应高于10%；

b)      使用全自动化学气相分解配合电感耦合等离子体质谱仪，设定化学气相分解时间为300s，扫描速度为10mm/s，扫描间距10mm，扫描区域边缘去除为0mm，萃取液体积为1000uL，进行测试及回收率分析；

   根据上述方法测试5英寸、6英寸和8英寸硅抛光片表面贵金属的回收率可以达到：Au>78%，Pd>75%，Pt>85%，Ag>70%。

    本发明优点及有益效果：高硅抛光片表面贵金属离子回收率测试方法，采用新型萃取液，能够解决原有萃取液对于硅抛光片表面贵金属回收率低的问题，使铂（Pt）、银（Ag）、钯（Pd）和金（Au）的回收率达到了70%以上，提高硅抛光片表面贵金属测试的稳定性，从而满足对于硅抛光片表面贵金属离子的测试要求。

附图说明

图1、化学气相分解和萃取液扫描示意图。

具体实施方式

    为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述：

    下面对6英寸硅抛光片表面贵金属回收率测试过程的实施例进行详细描述。

    试验用6英寸硅抛光片：使用SC-1和SC-2清洗后使用ADE CR81e扫描颗粒（0.3um<10颗），

表面无缺陷。

测试设备：KoreaExpert公司生产的全自动VPD前处理设备

            Agilent 7700s 电感耦合等离子体质谱仪； 

辅助材料：

硝酸（HNO3）：68%，日本多摩化学  AA-10级；

盐酸（HCl）：20%，日本多摩化学 AA-10级；

双氧水（H2O2）：35±1%，日本多摩化学  AA-10级；

含Pt/Ag/Pd/Au的标准溶液；

测试参数：

测试过程：

1、将含Pt/Ag/Pd/Au的标准溶液同硝酸和双氧水共同稀释，形成双氧水浓度2%、硝酸浓度2%的5ppb标准溶液。

2、将5ml 5ppb标准溶液分散滴在8英寸硅抛光片表面上，并等待其完全干燥。

3、按照图1所示的方式进行化学气相分解和萃取液扫描。

①传送机械手从片盒中取硅片（Wafer），传送至定心台（Aligner）上；

②定心台扫描硅片边缘，定位硅片中心，并使参考面朝向指定位置后传送至化学气相分解盒（VPD BOX）；

③化学气相分解盒中通入HF气雾进行300s的化学气相分解前处理，处理后待扫描；

 注：300s时间可以使硅片表面的自然氧化层充分的反应，形成易于萃取液（Scan Solution）移动的疏水表面；

④吸嘴吸取萃取液；

⑤吸嘴使萃取液液部分裸露在吸嘴外；

⑥吸嘴携带萃取液按照10mm/s的速率扫描已经过前处理硅片的表面；慢速扫描能够使被测元素充分的回收；

⑦扫描后，吸嘴将萃取液排入小瓶中；

⑧ICPMS的取液管插入小瓶中进行元素定量分析。

4、重复进行三次扫描，并将结果按照如下公式进行计算得出回收率

设三次测试结果依次A/B/C，回收率= A/(A+B+C) x100%

由该实验获得的回收率为：

	Au	Pd	Pt	Ag
					回收率(%)	80	81	87	77

根据上述说明，结合本领域公知技术即可再现本发明的方案。

Claims (1)

1.一种高硅抛光片表面贵金属离子回收率测试方法，其特征在于，通过采用新型萃取液对高硅抛光片表面贵金属离子萃取回收，提取贵金属，使铂Pt、银Ag、钯Pd和金Au的回收率大于70%，所述萃取液由低浓度的硝酸和盐酸配制而成，通过化学反应实现萃取液对贵金属元素的回收；其化学反应式为：

Au + HNO₃ + 4HCl = H[AuCl₄] + NO↑+ 2H₂O  

3Pt + 4HNO₃ + 18HCl = 3H₂[PtCl₆] + 4NO↑+ 8H₂O 

Ag+HNO₃+HCl=AgCl+NO₂+H2O 

2HNO₃+12HCl+3Pd==2NO+3H₂PdCl₄+4H₂O

所述高硅抛光片表面贵金属离子回收率测试方法包括如下步骤：

选择高纯化学品：

硝酸：HNO3 日本多摩化学 68% 10ppt； 

盐酸：HCl 日本多摩化学 20% 10ppt； 

选择超纯水制备设备：型号Milli-Q A10 with Qpod Element 水质：电阻率>18.2MΩ.cm  TOC<5ppb； 

使用天平和取液枪配制最终浓度为硝酸1%和盐酸3%的萃取液，萃取液浓度偏差不应高于10%；

使用全自动化学气相分解配合电感耦合等离子体质谱仪，设定化学气相分解时间为300s，扫描速度为10mm/s，扫描间距10mm，扫描区域边缘去除为0mm，萃取液体积为1000uL，进行测试及回收率分析；

     根据上述方法测试5英寸、6英寸和8英寸硅抛光片表面贵金属的回收率可以达到：Au>78%，Pd>75%，Pt>85%，Ag>70%。