ICS77.040 H 17 中华人民共和国国家标准 GB/T 24578—2015 代替GB/T24578—2009 硅片表面金属沾污的全反射 X光荧光光谱测试方法 Test method for measuring surface metal contamination on silicon wafers by total reflection X-Ray fluorescence spectroscopy 2015-12-10发布 2017-01-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T24578—2015 前言 本标准按照GB/T1.12009给出的规则起草。 本标准代替GB/T24578一2009《硅片表面金属沾污的全反射X光荧光光谱测试方法》。 本标准与GB/T24578一2009相比，主要变化如下： 扩大了标准适用范围，除适用于硅抛光片、外延片外，同样适用于测定砷化镓、碳化硅、SOI等 材料镜面抛光晶片表面的金属沾污（见第1章）； 干扰因素中增加了晶片表面对测试结果的影响（见第6章）。 一 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会（SAC/TC203)与全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分会（SAC/TC203/SC2）共同提出并归口。 本标准起草单位：有研新材料股份有限公司、万向硅峰电子股份有限公司、浙江省硅材料质量检验 中心。 本标准主要起草人：孙燕、李俊峰、楼春兰、潘紫龙、朱兴萍。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为： GB/T24578—2009。 1 GB/T24578—2015 硅片表面金属沾污的全反射 X光荧光光谱测试方法 1范围 1.1本标准规定了使用全反射X光荧光光谱，定量测定硅抛光衬底表面层的元素面密度的方法。本标 准适用于硅单晶抛光片、外延片（以下称硅片），尤其适用于硅片清洗后自然氧化层，或经化学方法生长 的氧化层中沾污元素面密度的测定，测定范围为10atoms/cm～~1olsatoms/cm。本标准同样适用于 其他半导体材料，如砷化镓、碳化硅、SOI等镜面抛光晶片表面金属沾污的测定。 1.2对良好的镜面抛光表面，可探测深度约5nm，分析深度随表面粗糙度的改善而增大。 1.3本方法可检测元素周期表中原子序数16（S）～92（U）的元素，无其适用于测定以下元素：钟、钙、 钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、钼、钯、银、锡、钼、钨、铂、金、汞和铅。 1.4本方法的检测限取决于原子序数、激励能、激励X射线的光通量、设备的本底积分时间以及空白 值。对恒定的设备参数，无干扰检测限是元素原子序数的函数，其变化超过两个数量级。重复性和检测 限的关系见附录A。 1.5本方法是非破坏性的，是对其他测试方法的补充，与不同表面金属测试方法的比较及校准样品的 标定参见附录B。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件 GB/T14264半导体材料术语 GB50073—2013洁净厂房设计规范 3术语和定义 GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 掠射角glancingangle 全反射X光荧光光谱测试方法中X射线的入射角度。 3.2 角扫描 anglescan 作为掠射角函数，对发射的荧光信号的测量。 3.3 临界角 critical angle 能产生全反射的最大角度。当掠射角低于这一角度时，被测表面发生对人射X射线的全反射。 4缩略语 下列缩略语适用于本文件。 1 GB/T245782015 TXRF全反射X光荧光光谱（total reflectionX-rayfluorescencespectroscopy) RSF相对灵敏度因子（relativesensitivityfactors） 5方法原理 5.1本方法的原理如图1所示。来自X射线源的单色X光以一个低于临界角的倾斜角度掠射到晶片 的镜面抛光表面时，发生人射X射线的全反射。X射线的损耗波穿过晶片表面呈指数衰减，衰减强度 依赖于自然氧化层和晶片表面的总电子密度。本方法对晶片表面的探测深度取决于衰减强度，对所有 电阻率范围的晶片，其指数衰减长度约为5nm。 5.2损耗波将硅片表面的原子能级激发至荧光能级，发射对应其原子序数的特征X射线荧光谱，这一 一个校准样品上含量高于1oatoms/cm²特定元素的面密度，荧光峰值下的积分计数率与标定的特定 元素面密度呈线性关系。 5.3使用由全反射X光荧光光谱仪（TXRF仪）制造商提供的或其他公司研发的校准样品可快速完成 分析。标准样品在测试区域内至少有一个已知元素的面密度。TXRF仪对这一校准样品进行分析，提 供相应已知元素面密度的荧光积分计数率，然后在相同的设备条件下测试一个或更多的样品，使用与每 个已知的经过标定元素面密度的计数率相关的相对灵敏度因子（RSF），可确定被测样品中元素的荧光 积分计数率。RSF由仪器制造商开发并存储在仪器计算机程序中。本方法的精密度取决于正确的定 标标准。 探测器 单色仪 样品台 （可自如操作的X,Y,Z) X射线源 图1TXRF方法原理示意图 6干扰因素 6.1设备 X射线荧光光谱学中已知的干扰因素适用于本方法，它们包括但不限于：荧光线的重叠、逃逸峰与 和峰的重叠、能量增益的校准漂移、X射线源的稳定性、仪器的本底峰，但不要求TXRF仪对X射线的 二次荧光或基体吸收进行修正。软件程序和计算的共同干扰可通过比较数据系统进行估算，参见附录 A中A.1。 6.2TXRF方法 6.2.1掠射角的校准不应重复，否则测试时会引人变异性。 GB/T24578—2015 6.2.2掠射角校准的不正确，测试中会引人偏差。 6.2.3机械振动会降低探测器的能量分辨率，还可能影响检测限。 6.2.4荧光线的RSF偏差会引人测试的偏差。 6.2.5与杂质面密度对应的荧光探测信号的非线性，可在高-总信号计数速率条件下产生探测器的死 时间。 6.2.6荧光曲线的平滑程度会影响测试数值的精确性。 6.2.7如果X射线束在被测晶体上发生衍射，该衍射光束进人探测器，会激发在探测器窗口或探测器 内的金属产生仪器的峰值，影响测试结果。通过适当的试验可检测到这一影响。 6.3晶片表面 6.3.1校准样品表面已知元素与测试样品表面元素的角扫描不同，例如，在测试样品上测试到颗粒的 金属沾污，而在使用的校准样品上被校准的金属位于自然氧化层中，这时会引入一个量值的偏差。 6.3.2如果样品不是化学机械抛光表面，会导致探测能力的下降、量值的偏移和测试变异性的增加。 同样，由于不同清洗工艺造成的表面粗糙度和波纹的差异也可造成干扰。表面粗糙度对TXRF法测试 的半定量影响尚未确定。 6.3.3在校准样品中元素面密度的量值偏差会引入TXRF法测试面密度的偏差。 6.3.4若在处理测试样品或测试过程中引入表面沾污，且沾污的元素属于本方法的探测元素，会带来 测试的偏差。 6.3.5测试样品表面沾污的不均勾可带来不同位置测试结果的不同，特别是在与其他测试方法作比较 时，可能对结果的判断造成影响。 7仪器及材料 7.1全反射X光荧光光谱仪（TXRF仪），由单色X射线源、测试样品操作装置、能量-色散光度计的 X射线探测器和用于本底扣除、峰积分、RSF计算和分析的软件，以及一个无氩的分析环境（如1.33Pa 的真空或氮气组成。自前，每台TXRF仪测试都提供了掠射角校准方法。TXRF仪制造商也提供了 扣除逃逸峰的衰减程序，可去除逃逸峰信号。 7.2校准样品的数据系统应与附录A中A.2的程序一致，或利用统计基础工具进行仪器重复性研究 得到，以确认在仪器的重复性限内仪器是否具有可操作性。 8试样 试样表面应平整、洁净，分析面应是经过化学机械抛光的镜面状态，或在镜面状态上带有氧化层。 9测试环境 9.1 样品传递及设备样品台的区域洁净度应达到或优于GB50073一2013中3级。 9.2 仪器应置于无明显振动的环境。 10 校准元素的标定 10.1校准元素的标定及其制定方法应由供需双方达成一致 10.2确定标定元素的角扫描是与图2中曲线a（残留物）还是与曲线b（薄膜中）相似。 3