激光诱导击穿光谱应用于硅片中金属元素的扩散分析

【摘要】激光诱导击穿光谱(Laser-inducedbreakdownspectroscopy，LIBS)是一种全元素分析技术。基于LIBS的应用研究近年来仍然为人们所广泛关注，目前该技术在工业生产、环境监测、生物医药、等领域都得到了广泛的应用。在半导体行业，晶体管的制造通常是利用金属沉积于硅片表面。在形成晶体管的过程中，金属经常容易扩散入硅片，这可能导致弱化晶体管的电子性能甚至导致晶体管的损坏。硅芯片的分析一般在制造过程结束时，分析过程总是需要几天的时间，并且需要一系列复杂的样品制备。不符合标准的硅芯片意味着要被淘汰，从而导致了时间和材料的浪费。目前，国内并没有高效的硅材料分析方法和标准。LIBS技术自身具有快速，高效，多种成分同时检测等诸多优点，因此，利用LIBS技术准确判定硅中金属的扩散程度，建立行之有效的测试方法，具有重要的意义。由于在之前的工作中，硅中磷(P)、氧(O)含量是在真空环境下利用LIBS测得的。检测环境要求苛刻，通用性不强。因此，此次检测是在大气环境下实现的。由于LIBS技术在大气环境下存在很多影响其精度的因素，本文首先就环境气压对检测的影响进行了实验分析。实验表明，气压的变化会影响等离子体的温度，进而影响检测样品离子峰与原子峰的强度比例。不仅如此，气压的微弱变化也会影响激光诱导击穿光谱定量测试的精度。此后，我们改善了检测环境气压的稳定性，利用LIBS系统检测硅片中金属的扩散情况。实验制备了带有铝(Al)、锡(Sn)、锰(Mn)、锗(Ge)金属薄膜的硅片，并利用高温使金属元素向硅片内部扩散。实验中详细分析了Al-Si样品中Al元素的扩散深度情况，其次就其他3种样品进行了LIBS元素扩散检测，并针对几种金属的检测效果分析了LIBS对硅片中金属扩散检测的适用性。在Al-Si样品的测试中，由于EDS能谱仪的检测限低，使用EDS电子能谱几乎无法分辨三种样品在硅片更深位置的浓度区别。相反，利用激光诱导击穿光谱仪就能清楚的分辨。实验结果表面LIBS技术更加适用于Al在硅片中的扩散分析。实验还分析了金属Sn、Mn、Ge在不同退火温度下在硅片中的扩散情况。从实验结果来看，Sn-Si样品的测试效果良好，能明显区分不同深度的元素浓度差别。然而，Mn-Si样品的测试则不理想，测试几乎检测不出差别。对于Ge-Si样品的测试，尽管特征谱中能分辨的特征峰很少，但是在深度分布测试中，也能有一定的分辨率。最后就几种样品的检测结果，对LIBS技术在硅中金属浓度检测的应用进行了适用性分析。
【作者】胡轩升；
【导师】季振国；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】激光诱导；环境气压；金属元素；硅片；扩散深度；

【参考文献】
[1]王璐.胰高血糖素样肽1受体激动剂治疗伴胰岛素抵抗的多囊卵巢综合症的疗效研究[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[2]张淑莲.高血压、冠心病、血脂谱异常与内源性维生素A、E及中医证型变化特点的研究[D].北京中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2013,硕士.
[3]罗江财.GexSi1-x/Si应变层和超晶格及其临界厚度[J].半导体光电.1993(01)
[4]苏逢西.Φ170/Φ400×600毫米三机架冷连轧机能耗与力矩模型的研究[J].冶金自动化,1981,06:32-39.
[5]刘海洪.基质辅助激光解析电离飞行时间质谱分析细菌方法的规范化研究[D].中国人民解放军军事医学科学院,军事预防医学,2004,硕士.
[6]胡翰潮.城乡居民基本养老保险制度评价研究[D].厦门大学,行政管理,2014,硕士.
[7]杨鹏1,2,刘豆1,王汝言1,闫俊杰1.节点剩余能量均衡的机会网络路由机制[J].系统工程与电子技术.
[8]孙文强.两线制温度变送器芯片的研究与设计[D].沈阳工业大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[9]林雪宁.跑道侵入成因机理及风险管理研究[D].中国民用航空飞行学院,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[10]贾文荣.我国中小企业信用评级指标体系构建研究[D].天津财经大学,金融学,2012,硕士.
[11]明亚平.南方宇航高精传动项目经济可行性分析[D].湘潭大学,工商管理,2012,硕士.
[12]王媛.α-咔啉类糖原合成酶激酶3β抑制剂的合成和活性研究[D].浙江大学,化学,2013,硕士.
[13]王倩.《推销员之死》的现实主义特色[D].河北师范大学,美国文学英语语言文学,2012,硕士.
[14]李靖程.ZY项目信贷资产证券化信托模式下的会计问题研究[D].哈尔滨工业大学,会计,2014,硕士.
[15]林思南.铺设沥青甲板面的大型浮式码头力学响应研究[D].大连海事大学,交通运输工程,2014,硕士.
[16]吴迪,武岳,孙瑛.大跨度屋盖结构极值风压概率分布特征研究[J].建筑结构学报,2015,03:29-35.
[17]陈飞.长白山数字化管理服务平台建设方案设计[D].吉林大学,工业工程,2013,硕士.
[18]陈影.董事会特征对内部控制审计质量的影响研究[D].重庆工商大学,管理学,2014,硕士.
[19]张达奇.全参考图像主观质量客观评价算法研究[D].苏州大学,信号与信息处理,2014,硕士.
[20]冉猛.突发跨界环境污染信息图谱与模糊多目标群决策研究[D].哈尔滨工业大学,环境科学与工程,2014,硕士.
[21]刘龙.页岩气资源开发利用管理研究[D].长安大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[22]邱莺凤.浙江省老年人监护现状及法律规制研究[D].杭州师范大学,民商法学,2013,硕士.
[23]杨涛.污水处理厂污泥在景观植物种植中的应用研究[D].华东理工大学,环境科学与工程,2014,硕士.
[24]朱萍.楼宇电子商务平台的设计与实现[D].浙江工业大学,2012.
[25]杨帆.放线菌菌株M25的鉴定及其次级代谢产物活性的研究[D].内蒙古农业大学,食品工程,2013,硕士.
[26]石峰.基于Kylin操作系统的办公自动化系统移植的设计与实现[D].东北大学,计算机技术,2011,硕士.
[27]吉建斌,薛保平,贺守印,刘大鹏,薛利玲,薛保晔.含碳添加剂对大同烟煤压块活性炭性能的影响[J].煤炭转化.2004(01)
[28]吕小燕.通用低频RFID阅读器的研究[D].杭州电子科技大学,电路与系统,2013,硕士.
[29]胡贤根,姜素华,高平.东营凹陷网毯式成藏体系结构研究[J].石油地球物理勘探,2005,04:478-481+493-10.
[30]王雪菲.创伤与复原：美国内战小说与电影冷山中的创伤主题研究[D].南京大学,英语语言文学,2013,硕士.
[31]唐丽英.外势场对合金作用的离散法和连续法计算机模拟[D].西北工业大学,材料学,2004,硕士.
[32]裴召华.大型球罐支撑结构有限元分析及研究[D].东北石油大学,机械工程（专业学位）,2013,硕士.
[33]李争.C3aR1基因在白血病细胞中的生物学作用的研究[D].苏州大学,儿科学,2013,硕士.
[34]刘泽.承压水地层中施工换乘车站盖挖半逆作法的关键技术研究[D].西南交通大学,建筑与土木工程,2014,硕士.
[35]王晓彤,班连庚,林集明,项祖涛,郑彬.金昌—酒泉750kV同塔双回紧凑型线路换位方式分析[J].电力系统自动化,2009,16:102-107.
[36]涂俊奇.冶金行业桥式起重机小车计算机辅助优化设计[D].重庆大学,材料工程,2003,硕士.
[37]常紫云.我国有限合伙制私募股权基金法律问题研究[D].首都经济贸易大学,经济法,2014,硕士.
[38]李庆诚,傅振宇,刘嘉欣.基于数据挖掘的社区消费潜力分析与决策[A].办公自动化学会.OA’2001办公自动化国际学术研讨会论文集[C].办公自动化学会:,2001:6.
[39]温乐萍.烧山火手法对气虚血瘀型脑卒中偏瘫患者运动功能的影响[D].湖南中医药大学,针灸推拿学,2013,硕士.
[40]聂建国.工商银行湖南省分行社会责任管理机制研究[D].湖南大学,高级管理人员工商管理（EMBA）,2013,硕士.
[41]杨韵雯.我国民事公益诉讼制度的适用问题研究[D].贵州民族大学,诉讼法,2013,硕士.
[42]田孟凡.《物权法》第74条第一款的理解与适用[D].苏州大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[43]裴云婧.新疆阿克萨依铁矿矿床成因及成矿模式[D].成都理工大学,矿物学、岩石学、矿床学,2013,硕士.
[44]梁杰文.GDT公司防腐预警系统的建设研究[D].华中科技大学,工商管理,2013,硕士.
[45]刘国.基于电信统一网管平台系统管理的研究与设计[D].华北电力大学（北京）,计算机应用技术,2003,硕士.
[46]徐枫.结构流固耦合振动与流动控制的数值模拟[D].哈尔滨工业大学,2009.
[47]金学成,孙炜,梁野,郭玉金,谢忠华.电力二次系统内网安全监视平台的设计和实现[J].电力系统自动化,2011,16:99-104.
[48]陈晓燕.铁基化合物及其碳复合材料作为锂离子电池电极材料的研究[D].浙江大学,2014.
[49]靳晶.新医改后银杏酮酯的营销策略研究[D].华东理工大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[50]陈思瑜.基于空间句法的长沙古城空间形态演变与动因分析[D].湖南师范大学,设计艺术学,2013,硕士.