“离子”《硅单晶中氮含量的测定 二次离子质谱法》即将制订

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因具有储量大、成本低等优点，硅是目前应用广泛的半导体材料硅，在半导体材料居于重要地位。作为代半导体材料，目前国内外对硅衬底单晶材料研究非常广泛，已经制定了硅材料的抛光片及产品规范，关键参数的测试方法：如直径、厚度、总厚度变化、表面质量、电学性能等标准。

关于硅的掺杂和扩散工艺已经研究的十分广泛，其中，在硅中掺杂氮元素对于直拉硅单晶的生长过程有许多好处，不仅能够增加硅材料的机械强度，抑制微缺陷，还能有效促进氧沉淀，且目前前5家微电子硅片企业都在生产8~12英寸掺氮直拉硅单晶。因此，准确测试出硅晶体中氮的浓度，对于工艺的控制有着极大的意义。

但目前在硅单晶中氮元素的测试方法方面还是空白，无论是红外光谱法还是二次离子质谱法国内目前都尚无相关测试标准，只能借鉴SEMI MF2139-1103进行测试。为此，国家相关机构近期计划制定一项有关于氮含量测定的新标准——《硅单晶中氮含量的测定 二次离子质谱法》。该标准由TC203(全国半导体设备和材料标准化技术委员会)归口上报，TC203SC2(全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分会)执行，国家标准化管理委员会主管，中国电子科技集团公司第四十六研究所起草。

与红外光谱法不同，二次离子质谱(SIMS)法不仅具有制样简单、非破坏性的特点，还能直接测量掺杂元素含量，基本上不受晶体掺杂情况的影响，就可以测试硅单晶材料中氮的总含量。

制定后的标准将适用于硅单晶材料中氮含量的定量分析。因氮元素在硅片表面或者内部形成的氧化物以及硅片中碳元素会影响测试的准确性，故而本标准中将规定如何消除干扰因素，以达到高灵敏度、准确的测试要求。此外，本标准还会规定该方法的使用原理和步骤：在高真空条件下，铯离子源产生的一次离子，经过加速、纯化、聚焦后，轰击样品表面，溅射出多种粒子，将其中的离子(即二次离子)引出，通过质谱仪将不同荷质比的离子分开，记录并计算每个样品中氮与硅(14N28Si或15N28Si)的二次离子强度比，然后用相对灵敏度因子法进行定量。

现如今，已经硅单晶材料的测试标准已经有GB/T 1551-2009《硅单晶电阻率测定方法》、GB/T 1558-2009《硅中代位碳原子含量红外吸收测量方法》、GB/T 1557-2006 《硅晶体中间隙氧含量的红外吸收测量方法》等，相信随着本次标准的制订和实施，硅单晶材料以及半导体行业的标准会更为完善。

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