GBT14146-2009硅外延层载流子浓度测定汞探针电容-电压法.pdf 8页

'lCS29．045H80a雪中华人民共和国国家标准CB／T14146—2009代替GB／T14146—1993硅外延层载流子浓度测定汞探针电容一电压法Siliconepitaxiallayers—determinationofcarrierconcentration--mercuryprobevoltages。。capacitancemethod2009—10-30发布2010-06-01实施宰瞀鳃鬻瓣警雠瞥星发布中国国家标准化管理委员会“”。 刖昌GB／T14146—2009本标准代替GB／T14146--1993{硅外延载流子浓度测定汞探针电容一电压法》。本标准与GB／T14146—1993相比，主要有如下变动：——测量范围由原1013Cm-3～10”cm_3改为4×10”cm-3～8×10”cm～，并增加了对外延层厚度的测试要求和抛光片的测试适用性；——增加了引用标准；——增加了干扰因素；——试剂中氢氟酸(p1．15g／mL)改为氢氟酸(分析纯)，删除硝酸(p1．4g／mL)，增加双氧水(分析纯)，去离子水电阻率由大于2M12-cm改为大于10M12·am；——对“测量仪器及环境”，“样品处理”，“仪器校准”，“测量步骤”的内容进行了全面修改；——删除“测量结果的计算”；——增加了重复性和再现性；——增加了附录“硅片接触良好测试”的判定指标。本标准的附录A为规范性附录。本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会提出。本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会归口。本标准起草单位：南京国盛电子有限公司、宁波立立电子股份有限公司、信息产业部专用材料质量监督检验中心。本标准主要起草人：马林宝、唐有青、刘培东、李静、金龙、吕立平。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：——GB／T14146--1993。 硅外延层载流子浓度测定汞探针电容一电压法GB／T14146—20091范围本标准规定了硅外延层载流子浓度汞探针电容一电压测量方法。本标准适用于同质的硅外延层载流子浓度测量。测量范围为：4×10”cm_3～8×10“cm。本标准测试的硅外延层的厚度必须大于测试偏压下耗尽层的深度。本标准也可适用于硅抛光片的载流子浓度测量。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB／T1550非本征半导体材料导电类型测试方法GB／T1552硅、锗单晶电阻率测定直排四探针法GB／T14847重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的红外反射测量方法3方法原理汞探针与硅外延片表面接触，形成一个肖特基势垒。在汞探针与硅外延片之间加一反向偏压，结的势垒宽度向外延层中扩展。结的势垒电容(c)及其电压(y)的变化率(dC／dV)与势垒扩展宽度(z)及其相应的载流子浓度[N(z)]有如式(1)和式(2)关系：№，一品X两1、dV／,27=￡·岛·A／c式中：z——势垒扩展宽度，单位为厘米(cm)；N(z)——载流子浓度，单位为每立方厘米(cm_3)；c——势垒电容，单位为法(F)；P——电子电荷，1．602×1019，单位为库仑(c)；e——相对介电常数，其值为11．75；e。——真空介电常数，其值为8．859×10。4，单位为法每厘米(F／cm)；A——汞一硅接触面积，单位为平方厘米(cm2)。只要测得C，dC／dV和A，便可由式(1)和式(2)计算得到势垒扩展宽度z处的N(z)。4干扰因素4．1硅片表面和汞的沾污，毛细管的沾污或损伤会造成测试误差和测试不良。4．2C_V汞探针测量中的肖特基接触不良，常表现为漏电流大。不良的肖特基接触虽可得到载流子浓度，但会产生较大的测试误差。4．3在电容测试中，测试的交流信号大于0．05V～可能会导致误差。1 GB／T14146—20094．4确定补偿电容的标准片在电压应用范围内的浓度一致性不好，会导致补偿电容的的错误，进而影响测试浓度的准确性。5试剂与材料5．1氢氟酸(分析纯)。5．2双氧水(分析纯)。5．3去离子水，电阻率大于10M0·cm(25℃)。5．4汞，纯度大于99．99％。5．5氮气，纯度大于99．5％。6测量仪器及环境6．1本标准选用自动测量仪器。6．1．1精密电压源：能提供0V到±200V连续变化的输出电压，精度高于0．1％。各级电压峰值变化不大于25mV。6．1．2精密电容器：在1MHz的测量频率下有高于0．25％的准确度。6．1．3数字伏特计：读值至少具有4位有效数字，测试电压范围士1v～士200V或更大，每级变化为10V或更小，灵敏度高于1mV，满量程时精度好于0．5％，满量程时额定再现性好于0．25％，输入阻抗大于100Mn。6．1．4监控汞探针接触的正反向电流一电压特性装置：能提供反向0．1mA时200V和正向1mA时1．1v，灵敏度高于10pA／级。6．2测量环境温度18℃～25℃，温度波动小于土2℃，相对湿度不大于65％。工频电源应有滤波装置，周围无腐蚀气氛及震动。7样品处理通常对试样进行直接测量。若不能进行正常测量时，可对试样表面进行处理。7．1用HF：去离子水(1：O～1：10)处理30s，用去离子水冲10min。7．2对P型片，直接测量，或在120℃±10℃烘烤30min。7．3对13型片，在70℃～90℃的双氧水：去离子水(1：1～1：5)中煮10rain。7．4用去离子水冲10min，甩干或用氮气吹干。8仪器校准8．1电容仪校准8．1．1电容器：电容器数量不小于2个，电容器问额定标准电容值的最小倍数不小于10(其值满足样品的测试范围)。在1MHz的测试频率下，精密度好于0．25％。8．1．2电容仪设备要求：电容仪测量范围1PF～1000PF，每级问倍数小于10，测试频率0．9MHz～1．1MHz，测试时交流信号不大于0．05y⋯测量时连接屏蔽电缆。8．1．3校验精度：电容仪测试电容器的精度不大于1％(满量程)。8．1．4校验程序8．1．4．1将连接了屏蔽电缆的电容仪调零。8．1．4．2将一个电容器通过屏蔽电缆连接电容仪，测试1MHz频率下，得到电容值。8．1．4．3依次测量所有的电容器。8．1．4．4如测试值与标准值偏差不大于1％，测试重复性不大于0．25％，电容仪合格。如超出范围，按2 GB／T14146—2009要求调整设备。8．2补偿电容的校准8．2．1测试补偿电容用片：载流子浓度小于1x10“cm一，电压应用范围内纵向载流子浓度分布的偏差≤2％的硅片。8．2．2将此硅片置于测试台上，并形成可靠的测试接触。8．2．3设定一大概的补偿电容值，(如未知，则设为o)开始测试载流子浓度，并观察测试曲线的斜率。如斜率为正，按0．1PF的步进逐步增大补偿电容值，直至斜率第一次为负后再按0．02PF的步进逐步减小补偿电容值，直至斜率刚好有改变的现象，此时得到系统的补偿电容。如斜率为负值，按0．02PF的步进减小补偿电容，直至斜率第一次为正后再按0．1PF的步进逐步增大补偿电容值，直至斜率刚好有改变的现象。此时得到系统的补偿电容。8．3确定汞探针有效接触面积8．3．1已知装汞毛细管直径，由式(3)计算得到汞探针的标定接触面积：A一蔫式中：A——汞探针管的标定面积，单位为平方厘米(cm2)；d——汞探针管的标定直径，单位为毫米(ram)。8．3．2用测试系统测量多个已知标定浓度为标准片的浓度值，通过式(4)计算每个标准片测量的汞探针的有效接触面积：(Aeff肛A√默⋯⋯⋯⋯⋯⋯(4)式中：(N。e)。——第k个标准片的标定浓度，单位为每立方厘米(cm-3)；(N。。)。——第^个标准片的测量浓度，单位为每立方厘米(cm。)；A——汞探针管的标定面积，单位为平方厘米(cm2)；(A。)。——由第^个标准片的测量值计算得到的有效接触面积，单位为平方厘米(cm2)。将(A。。)。取平均值得到汞探针的接触面积Am8．3．3用取得的A。载入测试程序测量各标准片，其平均载流子浓度偏差应在2％之内。如超过，则对标片重新进行表面处理，取得A“值。8．4低电阻电极的制备硅片背面低电阻接触可由金属托盘与硅片背面通过真空吸力紧密接触形成。9测量步骤9．1按GB／T1550测定外延片的导电类型，按GB／T14847测定外延层的厚度和按GB／T1552测定外延片的电阻率。9．2将待测硅片置于测试台上，汞探针接触硅片正面形成肖特基接触，并做好另一电极的低电阻接触。9。3在测试程序中载入补偿电容值，面积，测试电压。9．4测试电压的选择：9．4．1硅片表面施加反向电压形成表面耗尽区域。9．4．2电压的范围应至少包含取5个测量的C-V对值，以计算得到至少5个浓度一深度值，形成浓度分布曲线。9．4．3电压应小于最大的平区电压和击穿电压。9，5开始测试，得到硅片表面载流子浓度分布曲线和平均载流子浓度。3 GB／T14146—20099．6测量结果须满足如下三个条件，见附录A串联电阻R，小于lkfi；相角0范围一87。～一90。；反向漏电流密度J，小于3mA·cm。10精密度本方法的精密度经过三个试验室巡回测试得到，使用浓度1×1014cm_3～1×10”cm。的n型硅片样品共6片，测试前经表面处理。单实验室测定重复性：小于0．5％；多实验室测定再现性：小于土5％。11试验报告试验报告应包括以下内容：a)试样编号；b)硅外延片载流子浓度测量点位置或测量图；c)硅外延片对应于测试点位置的载流子浓度；d)汞探针与硅外延片接触时的有效接触面积；e)本标准编号；f)检测单位，检测者和检测时间。 GB／T14146—2009附录A(规范性附录)硅片接触良好测试用以下3个指标评价测试对测试系统与硅片接触是否良好，符合以下3个指标的测试为有效测试：A．1串联电阻Rl测试时，系统与硅片接触形成的二极管回路串联电阻，应小于lkn。确定方法如下：a)电容仪词零。b)硅片至测试台上，汞探针接触硅片表面，接触可靠。c)如电容仪能测量相角8，电容C，则R。(kn)按式(A．1)计算：R，一一丽蔽1丽03⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”(A．1)式中：R。——系统串联电阻，单位为千欧姆(kn)5口——测试时的相角，单位为度(。)；c——测试时的电容，单位为皮法(PF)；卜测试时的频率，单位为兆赫(MHz)。d)如电容仪能测量电容c，电导G。，则R。按式(A．2)计算．R一爵干d矗丽式中：G。——测试时的电导；卜测试时的频率，单位为兆赫(MHz)；c——测试时的电容，单位为皮法(PF)。e)相角0：0应满足在一87。～--90。。可由式(A．3)得到。一一n一1卜虿瓣103]A．2反向漏电流密度J，测试时，系统与硅片接触形成的二极管回路的反向漏电流。各应用电压下均应满足反向漏电流密度J，小于3nlA·cm-2且反向漏电流的上升速率△J，／AV小于0．3rllA·V_1·am～。a)系统连接监控汞探针接触的正反向电流一电压特性装置；b)硅片至测试台上，汞探针接触硅片表面，接触可靠；c)从1V开始施加电压，逐步增加电压至希望的值，按式(A．4)计算反向电流密度J，和式(A．5)计算反向漏电流随反向电压增长的速率△，，／△V。rJ。一{1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(A．4)＆J。j。【M1～j。△yy(斗1)～V。式中：L，——为反向偏压y，下的电流，单位为毫安(mA)； GB／T14146—2009A。“——汞探针的接触面积，单位为平方厘米(era2)；茜——电流密度随反向偏压增长的速率；J。——电压v。下的电流密度，单位为毫安每平方厘米(mA／cm2)；J。。，——电压V。。，下的电流密度，单位为毫安每平方厘米(mA／cm2)。'