目前，IC芯片的線寬分辨率已達到7nm以下的水平，制程中引入的極低含量的雜質污染或極小尺寸的顆粒污染都有可能產生嚴重的破壞性影響，導致芯片功能缺陷。因此，芯片制程的進展對于工藝和材料都提出了越來越高的要求。金屬離子含量不超過10 ppb的高純材料已經成為常態，今后對于金屬離子的含量要求會轉向ppb級甚至ppt級。

Element GD Plus輝光放電質譜儀自問世以來，在半導體材料檢測領域發揮了wu ke替代的作用。在高純材料檢測中，為了實現高純材料中痕量雜質的低檢出限檢測，選擇合適的分辨率檢測不同的雜質元素，同時盡可能降低質譜干擾的濃度無疑是非常必要的。Element GD Plus采用固體樣品直接進樣技術，具有背景低，基體效應小等突出優勢，同時該設備還具有極低的質譜干擾濃度，和多種分辨率的靈活選擇及自動軟件控制模式，以上這些特點無疑是高純材料檢測的bi備條件。此外，Element GD Plus還具有突出的測樣效率，可在15分鐘內完成樣品的全元素檢測。

△Element GD Plus輝光放電質譜儀

半導體晶圓材料發展到現在，已經經歷了三代，從最開始的鍺，硅為代表的第一代到磷化銦，砷化鎵等為代表的第二代，再到最近的碳化硅，氮化鎵為代表的第三代半導體。其中應用廣泛的當屬高純硅晶圓和高純碳化硅晶圓。

采用輝光放電質譜法（GDMS）對高純硅基材料進行痕量雜質分析的難點在于K，P，As，Se，Br，Cr，Fe，Ni，Zn等不同程度的受到ArH，SiH，SiSi，SiAr等的干擾。借助于Element GD Plus自身的設備優勢，該設備可以輕松解決以上測試難點，實現硅基材料中痕量雜質的超低檢出限檢測。

△Element GD Plus在高純硅檢測中

可實現的雜質元素檢出限

（點擊查看大圖）

濺射靶材是半導體制程中非常關鍵的材料，無論是前段制程中的二極管結構構建還是中后段制程中的線路互聯，濺射靶材都是bi備材料。濺射靶材中痕量雜質的低檢出限分析無疑是非常必要的。Element GD Plus由于其自身的優勢，可輕松勝任各種高純濺射靶材的高效檢測。如常見的銅，鈦，鉭，鉬，鋁等高純濺射靶材。

高純銅靶材分析

輝光放電質譜法（GDMS）是進行高純銅中痕量雜質元素含量的標準方法。YS/T 922-2013規定的73種痕量雜質元素中，K Zn Ge As Se Br Ru Rh等均存在基體相關的質譜干擾，是高純銅分析的難點。以Rh為例說明Element GD Plus在高純材料檢測中的優勢。

△Element GD Plus高分辨模式（分辨率為10000）下¹⁰³Rh與CuAr分離情況（點擊查看大圖）

從上圖中可以清楚的看出，元素¹⁰³Rh在檢測過程中受到⁶³Cu⁴⁰Ar的強質譜干擾，Element GD Plus借助其自身特點，zui大程度的減弱干擾信號強度，同時提供足夠高的高分辨模式，成功將檢測信號與干擾信號進行分離。

△采用Element GD Plus進行高純銅檢測

的全元素數據（點擊查看大圖）

從上圖的實際數據中可以看出Element GD Plus在常規操作下的檢測能力。根據實際需求，可以調節參數設置，以實現更低檢出限的痕量雜質檢測，可達0.01ppb甚至更低。

高純鋁靶材分析

采用輝光放電質譜法（GDMS）檢測高純材料時，不可避免的會采用一定的物理手段對樣品進行處理，中間不可避免的會引入表面污染。尤其對于高純鋁這類硬度比較低的材料，樣品處理過程引入的表面污染的深度會遠大于其它材質。

遇到此類情形的常規操作是采用適當的化學試劑進行酸洗樣品，以去除表面污染。Element GD Plus具備足夠高的濺射功率，在測試樣品未經化學處理的情況下，可在較短時間內完成表面污染的去除，從高純鋁樣品進入設備到完成全元素檢測，整個過程可在20分鐘內完成。

△Element GD Plus在中分辨模式下同位素56Fe與干擾離子的分離情況（點擊查看大圖）

△采用Element GD Plus測試Alcan 112-03時的測試數值與標樣數值的對比（點擊查看大圖）

高純鉬靶材分析

鉬常見的穩定同位素有7個，這意味著在質譜檢測過程中雜質元素受到質譜干擾影響的幾率要遠高于其它基體的檢測，這無疑對于檢測設備提出了嚴苛的要求。Element GD Plus鑒于其自身特點，可*勝任高純鉬的檢測，無論是控制質譜干擾的濃度，還是提供足夠高的分辨率區分質譜干擾，表現都非常出色。同時Element GD Plus可以保證高效樣品分析，15分鐘可完成從進樣到完成檢測的分析過程。

△¹³⁸Ba同位素在不同分辨率模式下（左：中分辨；右：高分辨）與干擾信號⁹⁸Mo⁴⁰Ar的分離情況

（點擊查看大圖）

有色標準YST 1473-2021高純鉬化學分析方法中規定了高純鉬檢測中，不同雜質檢測所需的分辨率。

△YST 1473-2021中規定高純鉬檢測中，不同雜質元素檢測所需的分辨率（點擊查看大圖）

△采用Element GD Plus檢測高純鉬樣品的實際測試數據（點擊查看大圖）

高純石墨在半導體制程及工藝中有舉足輕重的作用。高純石墨粉是合成高純碳化硅的bi備原料；高溫制程工藝中，高純石墨件可以作為隔熱材料，坩堝容器，干法刻蝕和MOCVD工藝中的核心元件以及晶體生長過程中的電極材料等。

采用輝光放電質譜法檢測高純石墨樣品的難點在于，靈敏度低，不容易實現低檢出限。而且該類樣品極易收到污染，污染不能快速有效去除的結果就是樣品無法成功進行測試。Element GD Plus具有濺射功率高，靈敏度高的先天優勢，可以*克服以上測試難點。

△Element GD Plus常規操作中可實現高純石墨樣品中雜質元素的檢出限（點擊查看大圖）

用戶可根據自身需求，調節測試參數，可進一步降低雜質元素檢出限，提高痕量雜質的檢測水平，雜質元素的檢出限可達0.1ppb及以下。同時，Element GD Plus在高純石墨樣品的檢測中同樣具有高效的突出優勢，可20分鐘內完成高純石墨樣品的全元素檢測。

相關會議推薦

7月20日，由中國計量科學研究院研究室主任 周濤老師帶來《輝光放電質譜在高純材料純度分析中的應用》的主題演講。

“半導體制造材料的檢測分析與應用線上研討會”完整日程如下。