---

УДК 669.782:543.06:006.354 Группа В59

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

К

ГОСТ 26239.7-84

РЕМНИЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ
Метод определения кислорода, углерода и азота

Semiconductor silicon. Method of oxygen, carbon and nitrogen determination

ОКСТУ 1709

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 13 июля 1984 г. № 2491 срок действия установлен

с 01.01.86 до 01.01.91

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт устанавливает метод определения кислоро­да, углерода и азота в полупроводниковом кремнии с использова­нием активации ускоренными ионами ³Не и протонами в интерва­лах значений массовых долей примесей:

кислород инструментальный анализ от 5-Ю"⁷ до 1-Ю"³ %

с радиохимическим выделением от 1-Ю^-6 до 1-Ю”³ %

углерод инструментальный анализ от 2-Ю^-6 до 1-Ю^-3 % с радиохимическим выделением от 1-Ю^-6 до Ь10“³ %

азот с радиохимическим выделением от 1-10“⁵ до 1*10"³ %.

Метод основан на облучении анализируемых проб и образцов сравнения ускоренными ионами ³Не (определение кислорода и угле­рода) или протонами (определение азота) с последующим измере­нием наведенной активности радиоактивных изотопов ¹⁸F и ^ИС на спектрометре у—у-совпадений.

Содержание примесей в анализируемой пробе определяют путем сопоставления интенсивностей счета импульсов радиоактивных изо­топов определяемых элементов в пробах и образцах сравнения.

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

   1. Общие требования к методу анализа — по ГОСТ 26239.0—84.

Издание официальное

Перепечатка воспрещен»

2. АППАРАТУРА, МАТЕРИАЛЫ И РЕАКТИВЫ

Циклотрон, ускоряющий ионы ³Не до энергии 13 МэВ при токе ионов в пучке 1-—5 мкА.

Электростатический тандемный ускоритель, ускоряющий прото­ны по энергии 6,5 МэВ при токе ионов в пучке 1—5 мкА.

Спектрометр у—у-совпадений с кристаллами Nal(Tl), имеющи­ми размер не менее 100X70 мм.

Универсальный радиометр типа «ТИСС».

Боксы типа 1К-НЖ для радиохимических работ с дополнитель­ной защитой из свинцовых кирпичей и просвинцованного стекла в соответствии с требованиями НРБ-78.

Средства индивидуальной защиты от излучения и загрязнений радиоактивными веществами, согласно требованиям ОСП-72.

Секундомер по ГОСТ 5072—79.

Весы аналитические.

Центрифуга лабораторная со скоростью вращения 5000 об/мин.

Плитка электрическая.

Штангенциркуль типа В20034.

Насос водоструйный лабораторный стеклянный по ГОСТ 10696—75.

Шайбы медные диаметром 35 мм, высотой 13 мм с комплектом съемных алюминиевых диафрагм толщиной 0,4—0,5 мм. Внешний диаметр диафрагм 30 мм, диаметры отверстий 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 мм, по 5—8 шт. каждого размера.

Кассеты алюминиевые диаметром 28 мм, высотой 5 мм. Толщи­на дна и крышки кассеты по 1,5 мм.

Фольга алюминиевая толщиной 10, 15, 23 мкм.

Асбест листовой.

Набор пробирок из фторопласта-4 вместимостью по 20 см³.

Щипцы тигельные.

Тигли никелевые диаметром 30 мм, высотой 50 мм.

Печь тигельная вертикальная, диаметр кварцевой вставки 60 мм, высота 200 мм, мощность 1,5 кВт или аналогичная печь.

Шланг резиновый диаметром 6 мм.

Шланг полихлорвиниловый диаметром 6 мм.

Силикагель для хроматографии марки КСК с размером зерна 100 мкм.

Бумага фильтровальная.

Бумага полулогарифмическая по ГОСТ 334—73.

Калька.

Образцы сравнения: пластины кварцевого оптического стекла марки КВ размером 15X15X3 мм; пластины, вырезанные из углей спектральных ОСЧ 7—3 диаметром 6 мм и толщиной 3 мм; пласти­ны нитрида алюминия размером 15X15X3 мм.

Пинцеты металлические

.Пинцеты из фторопласта-4.

Шпатели металлические.

Абразивные порошки М28, М20, М14, М10 по ГОСТ 3647—80.

Галлий металлический технический.

Индий металлический технический по ГОСТ 10297—75.

Чашки из фторопласта-4, диаметром 30—35 мм, высотой 20— 25 мм.

Реакционная колба из молибденового стекла вместимостью 100 см³ круглодонная.

Пипетки из оргстекла на 5, 10 см³.

Склянки Дрекселя вместимостью 50, 100 см³.

Стаканы стеклянные вместимостью 50, 100, 500 и 1000 см³.

Фильтры Шотта № 4, диаметром 40 мм.

Колбы Бунзена вместимостью 500 см³.

Цилиндры стеклянные мерные вместимостью 25, 50 см³.

Цилиндры мерные из оргстекла вместимостью 10, 15 см³.

Колбы стеклянные мерные вместимостью 500 см³.

Пробки резиновые.

Кислота азотная по ГОСТ 4461—77, концентрированная.

Кислота серная по ГОСТ 4204—77, концентрированная.

Кислота фтористоводородная по ГОСТ 10484—78, концентриро­

ванная.

Лантан азотнокислый.

Натрий фтористый технический по ГОСТ 2871—75.

Барий хлористый технический по ГОСТ 742—78.

Аммиак водный по ГОСТ 3760—79, х.ч., концентрированный и

25 % -ный.

Натрий азотнокислый технический по ГОСТ 828—77.

Натрия гидроокись по ГОСТ 4828—83, ч.

Натрий двууглекислый по ГОСТ 2156—76, ч.

1

Эфир диэтиловый, х.ч.

Углерод четыреххлористый по ГОСТ 20288—74.

Спирт этиловый

ректификованный

технический

по

ГОСТ

8300—72.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709—72.

Раствор 1: раствор лантана азотнокислого, содержащий 0,2 г лантана в 1 см³, 12 г La(NO₃)₃*6H₂O растворяют при нагревании в 170 см³ концентрированной азотной кислоты, раствор охлаждают до комнатной температуры и переносят в мерную колбу вместимо­стью 500 см³, затем доводят до метки дистиллированной водой.

Р

Определяют содержание

тор-иона

в приготовленной смеси

аствор 2: смесь кислот для полирования и растворения образ­цов кремния. Готовят в полиэтиленовой банке вместимостью 500 см³ из концентрированных азотной и фтористоводородной кис­лот в соотношении 3:1 по объему.

кислот: в четыре стакана вместимостью по 50 см³ приливают по

10 см³ раствора 1 и нагревают на электроплитке до кипения. В ки­пящий раствор 1 приливают по 5 см³ раствора 2. Образовавшийся в каждом стакане осадок фторида лантана отделяют центрифуги рованием, промывают 5 М азотной кислоты, этиловым спиртом с эфиром, эфиром и высушивают до постоянной массы. За 100 %-ный выход фторида лантана принимают среднее арифметическое масс четырех выделенных осадков.

Аммиачный раствор хлорида бария, содержащий 0,14 г бария в 1 см³:250 г ВаС1₂*2Н₂О растворяют в дистиллированной воде, до­бавляют 91 см³ 25 %-ного раствора аммиака, переносят в мерную колбу вместимостью 1000 см³ и доводят до метки дистиллирован­ной водой. Раствор переносят в стакан вместимостью 2000 см³ и до­водят до кипения. Охлажденный раствор фильтруют и хранят в герметически закрытой посуде. Если при хранении раствора выпа­дает осадок, раствор необходимо повторно прокипятить и осадок отфильтровать.

Галлий-индиевый сплав, близкий по составу к эвтектике (от

20 до 30 % индия и от 80 до 70 % галлия): в фарфоровую чашку помещают смесь галлия и индия в отношении 7:3 по массе, нагрева­ют на электрической плитке в течение 2-2,5 ч и охлаждают на воз­

духе.

3. ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗУ

   1. П од готовка анализируемых пластин крем­ния и образцов сравнения к облучению

      1. Для получения одного результата анализа необходимо подготовить и облучить не менее двух параллельных пластин крем­ния. Поверхность отобранных на анализ пластин должна быть хи­мически полированной. Для получения химически полированной по­верхности кремний сначала обрабатывают на абразивных порош­ках М28, М20, М14, переходя постепенно от более грубого порош­ка М28 к М14. При ручной шлифовке абразивный порошок нано­сят на плоские стеклянные пластины и смачивают водой. Для каж­дого номера порошка должна быть отдельная пластина. Порошка­ми обрабатывают обе плоскости пластины кремния. Боковую по­верхность не обрабатывают. После шлифовки на каждом порошке на поверхностях не должно быть царапин, пластины кремния следу­ет тщательно отмывать от предыдущего порошка.

Смесь кислот для химического полирования (раствор 2) в коли­честве, достаточном для полного погружения пластин, наливают в чашку из фторопласта. Пластину кремния зажимают в пинцет из фторопласта и погружают в полирующую смесь. В процессе поли­рования смесь непрерывно перемешивают. Полирование заканчива­ют, когда поверхность пластины кремния становится блестящей. Кремний быстро извлекают из полирующей смеси, промывают про­точной водой и подсушивают фильтровальной бумагой. Если на по­верхности обнаруживаются царапины, поры или раковины, обра­ботку следует повторить.

Образцы, с поверхности которых перечисленные выше дефекты при повторной обработке не устраняются, не пригодны для анализа.

Отобранные на анализ пластины кремния взвешивают, измеряют микрометром толщину в геометрическом центре, измеряют геомет­рические размеры пластины штангенциркулем и рассчитывают площадь поверхности.

Перед установкой в медную шайбу на плоскость пластины крем­ния, противоположную облучаемой, наносят с помощью деревян­ной палочки индий-галлиевую эвтектику. Смоченной поверхностью пластину кремния кладут на поверхность массивной медной шай­бы по ее геометрическому центру, слегка прижимают и притира­ют к ней, выступившие капельки эвтектики удаляют деревянной палочкой, после чего на пластину кремния помещают алюминие­вую диафрагму и фиксируют положение прижимными винтами. Отверстие диафрагмы должно быть на 1—2 мм меньше диамет­ра или стороны квадрата пластины.

Если необходимо уменьшить энергию ионов, между диафрагмой и образцом сравнения помещают фольгу из алюминия, толщина которой должна соответствовать требуемому уменьшению энергии.

Подготовленные медные шайбы с пластинами кремния загружа­ют в устройство для облучения, периодически и в произвольном по­рядке вводя между ними медные шайбы с образцами сравнения.

На каждую определяемую примесь должно быть подготовлено* по 9 шайб с образцами сравнения, облучаемых при трех разных значениях энергии ионов в интервале от 6 до 10 МэВ для ³Не и от 4 до 6,5 МэВ для протонов.

При определении кислорода и углерода медные шайбы с плас­тинами кремния и образцами сравнения (кварц и графит) облуча­ют ионами ³Не с энергией от 12,7 до 13 МэВ.

При определении азота пластины кремния и образцов сравнения из нитрида алюминия облучают протонами с энергией 6,5 МэВ.

При облучении пластин кремния ток однозарядных ионов со­ставляет 1—5 мкА, продолжительность облучения от 20 до 120 мин.

Образцы сравнения облучают током не более 0,1 мкА, продол­жительность облучения 1—10 мин.

Медные шайбы с облученные и образцами сравнения из кварца выдерживают в расфасовочном боксе в течение 4—5 ч, шайбы с графитом или нитридом алюминия выдерживают 1,5—2 ч.

После выдержки образцы сравнения извлекают из шайб. Плас­тины кварца протирают ватным тампоном, смоченным спиртом, упаковывают в алюминиевые кассеты и передают на спектрометр у—у-совпадений для измерения кривых распада.

ния

После окончания облучения медные шайбы с пластинами крем­ния поступают в расфасовочный бокс радиохимической лаборато­рии, где их выдерживают в течение 5—10 мин (при анализе с ра­диохимическим выделением аналитических изотопов ¹⁸F или ^ПС), или 30—45 мин (при инструментальном анализе).

По окончании выдержки пластины кремния извлекают из мед­ных шайб, очищают поверхность ватным тампоном, смоченным спиртом, и помещают в бокс для химической обработки.

При определении кислорода и углерода (на ³Не) с поверхности облученных пластин кремния должен быть удален слой толщиной 45 мкм, которому соответствует уменьшение энергии ионов от 12,7 до 10 МэВ.

При определении азота (на протонах) с облученных протонами пластин кремния удаляют слой толщиной 15—20 мкм.

Для удаления поверхностного слоя пластины кремния обраба­тывают в смеси фтористоводородной и азотной кислот (раствор 2). По 10—15 см³ этой смеси наливают в две чашки из фторопласта. Пластину кремния зажимают в пинцет из фторопласта и погружа­ют в чашку 1 так, чтобы в процессе травления она была полностью погружена в смесь. Во время травления смесь постоянно перемеши­вают.

Пластину кремния обрабатывают в чашке 1 в течение фиксиро­ванного времени (30 или 60 с), затем быстро извлекают ее из чаш-

к

^ильтровальной

и, тщательно промывают водой, подсушивают бумагой и взвешивают. По разности между массой образца до травления и после травления определяют толщину стравленного слоя (Д7?), мкм, по формуле

Д

(1)

/?=- . ю³

где —тп₂;

т_х— масса образца до травления, мг;

т₂— масса образца после травления, мг;

S—’Полная поверхность пластины кремния, мм².

Если после обработки в чашке 1 толщина стравленного слоя меньше требуемой, травление продолжают в чашке 2 с учетом ско­рости травления пластины кремния в чашке 1. Отработанные раст­воры сливают в сборники радиоактивных отходов.

По окончании травления пластину кремния быстро извлекают из смеси кислот, тщательно промывают водой, подсушивают, взве­шивают и определяют полную толщину стравленного слоя по фор­муле (1). Толщина стравленного слоя должна быть такой, чтобьл активность оставшейся на пластине части облученного слоя соот­ветствовала энергии частиц 10 МэВ.