1、中华人民共和国国家标准硅外延层载流子浓度测定京探针电容-电压法Silicon epitaxial layers-Determination of carrier concentration Mercury probe Valtage-capacitance method 1 主题内容与适用范围本标准规定了硅外延层载流子浓度隶探针电容电压测量方法aG/T 1 4 1 4 6 - 93 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1013._1018 cm-J 0 2 方法原理?在探针与硅外延片表面接触，形成个肖特基势垒。在采探针与硅外延片之间加反向偏后，结的势垒宽度向外延层中扩展。缩的势
2、垒电容(C)及其随电压(V)的变化率(d!dv)!cj势垒扩展宽度(I ) 何其相应的载流子浓度CN(叫有如下关系式中:x -势垒扩展宽度，p.m;1(.1 )一载流子浓度，cmag 户3, N(x) =L-一一-二i e。A2i dc I I dv) .r =。.A/C e 电子电荷.1.602 X 10-19 ,C , 硅的相对介电常数，其值为11.75，。一真空介电常数，其值为8.859X 10- .F/cm , A 录中硅接触面积，cm20. ( 1 ) ( 2 ) 只要测得Cdc/dv和IA ，便可由式(1)和式(2)计算得到势垒扩展宽度r处的NCr)0 3 试J与材料3. 1 氢氟
3、酸(p 1. 15日!mL)，他学纯。3. 2 硝酸(p 1. 45 g!mL).化学纯。3. 3 去离F水，电阻率大于2Mfl cm(25 cl。3. 4 来，纯度大于99.99 %。3. 5 氮气，纯度大于99.5%。国家技术监督局1993-02-06批准1993-10-01实施三33GB/T 14146- 93 4 测量仪器4. 1 电容仪或电容电桥:量程为1 1 000 pF，其精度不低于1.()级.i圳垦频率为O.1 1 MI七.白流电压为士200V，高频交流电ffi不大于250mV 0 4.2 数字电压表其精度不低于0.5级，输入阻抗大于1MOo 4.3 直流电罚单:输出电压且O2
4、00 V，连续可i间，也压波动小大11%。4.4 直流电流表2垦程为。20I,Ao 4.5 标准电容A和B，A和B电容量分别为10pF和100pF，在测量频率t.其精度不低l0.25 4.6 双筒显微镜:带有测微标尺.长1mm，最小分度值为0.01mm , 4.7试样台能前后、左右移动。4. 8 也口I选用自动测量仪器。该仪器除满足4.14.4条各项要求外，汪应当符合. f丁。a 低!频交流电压的频率要小于测量电容所用的高频交流电斥的肺、卒1%.b 测量时低频交流电压值不低于10倍的高频交流电压值，c. dc/dv的测量误差最大为士2%;d. 反向电流密度可到30A/mm2，反向电流密度t升速
5、率为3AjVmm时，测量能正常进5 试验样品5. 1 试样处理通常对试样进行直接测f量，若不能进行正常测最时，nJ对试样表面进行处理。a 用氢氟酸腐蚀试样301.0b 用去离子水准净。c 在硝酸中煮沸1刊omi口川nd. 用去离F水洗净、甩干。e. 在温度150200C氮气流里烘干10mino f 也可代替本条中ce操作，将试祥在温度约450C的电炉烘烤10min 6 测量步骤6. 1 测量环绕温度为23士2C ，相对湿度不大于65%实验室应有电磁辱蔽.T丁顿电源应有i:m皮装讲，周围元腐11气氛及震动，试样应配有遮光装置。6. 2 1!容仪的校准6. 2. 1 把民度适当的屏蔽电缆接到电容仪
6、上(此时电缆应不与标准电容连接).调节电容fC牛点。6.2.2 将电缆与标准电容A连接，测量并记录电容值(pF)，拆除标准电容Ao6. 2. 3 将电缆与标准电容B连接，测量并记录电容值(pF)，拆除标准电容B0 6.2.4 如果电容仪读数低j4. 5条要求，电容仪应进行调整。6. 3 欧姆电极的制备硅11、延片背而可用蒸金戎镣锢锡合金，在大雨积圆片时，可用水使外延片衬底与金属底托接触。6.4 主探计压力选择示探针与硅外延片表面压力大小的选择同使接触，点的结.li千于今在o.5-L 0 TIll且之I)J, 6.5 测量试样击-穿电压6. 5. 1 按6.3 6. .i条要求制备欧姆电板和测量
7、屯板，借助显微镜调节it探H.f1l试NInJ的接触面积俨6. 5. 2 用屏蔽电缆将试样欧崎屯极和录探针分别与数字电!长表相直流电bfL121宝J辈们战j国电视I.观察试:i 3. 1. CB/T 14146-93 样反向特性.i!士tUt记录占穿电压的值。5. 3 恨据反|句特I攻击穿电压的观察结果.判断内特基势全是1，形成6. 5. 4 将乘探!fl一电压降到4杏.使求探针与试样脱离接触。6.6 测量势争电容6. 6. 1 将试样台与电容仪i刽斐，根据最一硅接触方式和试样导电类咽选择适当的极恍6. 6. 2 电容j)( r大我EZ.f是慢地使柔探针与试样表雨接触，调节接触时fH0施丁JI
8、10.C，Vi幻，)J惘lIH! 据电容仪的读数，选J丰台适的茧fL6. 6. 3 j吏ZE探钊主J试样表面脱离，调节该t副主零点。6.6.4 缓慢地使没探针与试样表面接触，精嗡调节接触面积。6.6.5 施1mO. 5 V的反向偏峰，l!量势争电容(飞，并i己入下表。66.6 调节反Ill树压，使势垒电容值巳降低4%-6%c测量此时的反向偏tiuij协恰也奇c.圃iL:人F表。6.6.7 草屋6.6. 6条测量步骤.使势垒电容逐次降低1%-6%，直到接近而穿或反1iiJ I lftC宵皮大13口fJA/mm二，即停止测哇。6.6. B 测量完毕，将反向偏压降至2草，取下*探针。C C (; p
9、f、pF V. (pF) C , G 一年一-一c:, f C-. , 川l飞711m cm 一一一 一EVI :r1 ?飞i) 丁一u。一十U 1 ( 1 二、(.;呻二k v t 仁，6. 7 白矿j拥iJ1t.试样与自动测量仪器接ii盯，在试样上加入反向直流电压，最小取0.5V 此屯月叫扣帽!平)!， 容C，ilJ以测何咽并记入表中。连续取训l点(11电Ci)反向电ffi.升高时，应使14、电容倪lL部j子屯在低1、4问EF4.至少要取4个测量但对。i应在使反l白向-句l电#流t缓慢上升.直4仨Z接近，t告7穿、当旨)反王i户向h句Jf也且流1L密皮大j3挝(O)t叭l儿飞飞l川11旷l
10、f付2日时才吨停i止t1柳测曲I!II娃。7 ;IJ量结果的计算7.1 j差点i圳远的iIJ平7. 1. 1 根据表中的测世值112、仁.i= 1.2，3n ，Jif汁TI得一组值2(i才(十c. , ) .) ru1-YJ F川. (.，本1CB!T 14146-93 A X，z-T?一f J-41 N Cr,) 一-一一5e 气飞F6 ( 式中r , 第2次测坡11才势乎乎一扩展宽度.m;N(I,) -x扑:于势垒扩展宽度、fl处的载流F浓度，cr川、C 第2次测母的势线电容匠，pF;( I I 骂:J十1次测敢的势争电容值，pF;C, 第r次拍l第r卡1次测量的势垒电容值的平均值，pF;
11、G，一第F次测量时，反向偏J五随势垒电容的变化卒，V(pF);i -1.2.3.nlQn为测监值对的数。7. 1. 2 当各个N(.，)值在民平均值周围柑对涨落小于10%时，则载流子浓度NCr，)取于均值，否则，以19lVCl川、tf , 作阁，可得载流子浓度分布曲线n7.2 自动测量的计算用IgN(c)-xX; N(:r)-lg.r载流子浓度分布r1iiJ记录00可直接表示出测世?JJ果38 精密度较流浓度企01:1_1 Olh cm -:1范罔内，本方法多个实验室测量精密度为土!%(RIS)。9 试验报告9. 1 试验报仔JN包捕以1、内容:a t式样编号;b 硅外延片中心点载流子浓度pc. iij外延J载ii在f浓度测量点位宦或!1量图;d 隶球与破外延只接触时的结直径;e 本标准编号;r 检测l单位、检测I和怜测口期。附加说明牛;际Ifj1I1巾国有色金属业总公司提出。本标准由海市有色金属总公司半字体材料厂负责起草。卒标准主要赳草人王才戚、股妙任、中f;手飞j们
