GBT 14146-2009 硅外延层载流子浓度测定 汞探针电容-电压法.pdf

ICS29.045
H80
中华人民共和国国家标准
GB/T14146-~-2009
代替GB/T14146-1993
硅外延层载流子浓度测定
汞探针电容-电压法
Silicon epitaxial lavers-determination of
carrier concentration-mercury probe voltages-capacitance method
2009-10-30发布
2010-06-01实施
k
中国国家标准化管理委员会数布
CB/T14146--2009
前言
本标准代替GB/T14146-1993《硅外延载流子浓度测定汞探针电容-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10cm-3~10cm2改为4×103cm-~8×101cm-3,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(l1,15g/mL)改为氢氟酸(分析纯),删除硝酸(l.4g/mL),增加双氧水(分析
纯),去离子水电阻率由大于2Mn?cm改为大于10Ma?cm;
对“测量仪器及环境”,“样品处瑮”,“仪器校准”,“测量步骤”的内容进行了全面修改;
一删除“测量结果的计算”;
增加了重复性和再现性;
增加了附录“硅片接触良好涸试”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。
GB/T14146--209
硅外延层载流子浓度测定
汞探针电容-电压法
1范固
本标准规定了硅外延层载流子浓度汞探针电容-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:4×101cm-3~8×106cm-3
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。结的勢垒电容(C)及其电压(Vの的变化率(dC/dv)与势垒扩展宽度(x)及
其相应的载流子浓度[N(x)]有如式(1)和式(2)关系:
efoed X
…………?(1)
dv
x=EE0·A/C
……………………(2)
式中
x一势垒扩展宽度,单位为厘米(cm)
N(x)-一載流子浓度,单位为每立方厘米(
C勢垒电容,单位为法(F);
电子电荷,1.602×10-1,单位为库仑(C)
e一相对介电常数,其值为11.75;
eo-一真空介电常数,其值为8.859×10-1,单位为法每厘米(F/cm);
A-一汞-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)计算得到勢全扩展宽度x处的N(x)。
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。
4.2CV汞探针测量中的肖特基接触不良,常表现为潘电流大。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0.05Vm可能会导致误差。
GB/T14146-2009
4.4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10MQ?cm(25℃)
5.4汞,纯度大于9.9%。
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GV到士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1mnV,满量程时精度好于0.5%,满量程时额定再现性好于0.25%,输人阻抗
大于100M。
6.1.4监控汞探针接触的正反向电流-电压特性装置:能提供反向0.1mA时200和正向1mA时
1.1V,灵敏度高于10pA/级。
6.2测量环境
温度18℃~25℃,温度波动小于士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(1:0~1:10)处理30s,用去离子水冲10min。
7.2对p型片,直接测量,或在120℃士10℃烘烤30min
7.3对n型片,在70℃~90℃的双氧水:去离子水(1:1~1:5)中煮10min。
7.4用去离子水冲10min,甩干或用氯气吹干。
8位器校准
8.1电容仪校准
8.1.1电容器:电容器数量不小于2个,电容器间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,每级间倍数小于10,测试频率0.9MHz
1.1MHz,测试时交流信号不大于0.05Vm,。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。如超出范国,按