質譜儀-Mass 熱脫附質譜TDS應用於矽晶圓逸散氣體分析

了解矽晶圓逸散氣體分析應用

半導體晶圓製程中的汙染物，包含自然生成氧化層，晶圓表面暴露於空氣或水中的溶氧，而氧將晶圓表面的矽氫鍵（Si-H）氧化成為羥基(Si-OH)。氫氟酸(HF)通常在矽晶片加工中用作表面處理，以去除表面氧化物，並提供在短時間內抵抗污染的氫端(Hydrogen termination, Si-H)表面鈍化。為了研究HF處理後，氫端(Hydrogen termination)在矽晶片表面隨時間是如何變化，以紅外線加熱式熱脫附質譜儀TDS在矽晶片熱脫附氫端。首先製備了氫端矽晶片，在樣品製備後2、7、14和28天，將晶片進行熱脫附實驗。加熱速率為60℃/秒。比較在不同溫度下氫氣脫附的狀況。

▲紅外線加熱式熱脫附質譜儀 TDS 1200II

分析結果如下圖，矽晶片表面的氫隨著放置時間越長，表面的氫逐漸減少。它減少到什麼程度，可以進一步的跟踪實驗。表面的氫減少的原因，推測可能是產生氧化反應，在表面產生羥基。

▲樣品在放置2、7、14、28天後，以TDS分析氫脫附

同樣的分析條件下，同時監測水(m/z 18)的訊號，下圖顯示了表面上的氫和羥基結合並釋放水。正如預期，水的含量會隨著放置的時間越長而增加。

▲樣品在放置2、7、14、28天後，以TDS分析H2O脫附

紅外線加熱式熱脫附質譜儀 TDS 1200 II可在超高真空度下，分析樣品在紅外線下加熱，因此，不會有空氣或背景訊號的干擾，可以確實分析來自樣品的脫附出的氣體進行定性、定量分析，包含H2, N2, H2O, CH4, CO2, Ar, Xe, He, O2, C2H6, CO及Kr等氣體。可應用在製程中熱處理時產生的未知揮發物分析，是分析材料逸散氣體十分重要的工具。

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