GB/T 35306—2017硅單晶中碳、氧含量的測定低溫傅立葉變換紅外光譜法

1范圍

本標準規定了低溫傅立葉變換紅外光譜法測定硅單晶中代位碳、冋隙氧雜質含量的方法。

本標準適用于室溫電阻率大于0.1 Q - cm的N型硅單晶和室溫電阻率大于0.5 Q - cm的P型硅 單晶中代位碳、間隙氧雜質含量的測定。

本標準測定碳、氧含量的冇效范I韋I從5X I011 atoms ? cm_'(0.01 ppma)到硅中代位碳和間隙氧的 最大固溶度*

2規范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件.

GB/T 6618

GB/T 8170

GB/T 14264

GB/T 29057

ASTM E131

3術語和定義

GB/T 14264和ASTM E131界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

背景光譜 background spectrum

在紅外光譜儀中.無樣品存在的情況下使用單光束測量獲得的譜線，通常包括氮氣、空氣等信息.

3.2

參比 光譜 reference spectrum

參比樣品的光譜。對于雙光束儀器,參比光譜是直接將參比樣品放置丁樣品光路.讓參比光路空著 獲得的.對于傅立葉變換紅外光譜儀及其他單光朿儀器,參比光譜是將參比樣品的光譜扣除背景光譜后 得到的結果。

3.3

樣品光譜 sample spectrum

測試樣品的光譜?對于雙光束儀器，樣品光譜是宜接將樣品放置于樣品光路.讓參比光路空著獲得 的，對于傅立葉變換紅外光譜儀及其他單光朿儀器?樣品光譜是將樣品的光譜扣除背景光譜后得到的 結果。

3.4

基線 baseline

從測量圖譜中碳、氧吸收峰的兩側最小吸光度處作出的一條切線。用來計算吸收系數。和吸收峰 面積。

4方法提要

將硅單晶樣品冷卻到低于15 K溫度下.用紅外光束直接透射樣品?采集吸收光譜，采用參比法，根

據硅中代位碳原子在波數607.5 cm'1處的紅外吸收峰的吸收系數確定碳含量、硅中間隙氧原子在波數

1 136.3 cm、處的紅外吸收峰的吸收系數確定氧含星:， 5干擾因素

5.1在碳、氧的吸收譜帶位置均存在硅晶格吸收振動譜帶，該吸收振動譜帶會影響碳、氣的測定；應采 用碳、氧含量小于5 X 1011 atoms ? cm-3 (0.01 ppma)的區熔硅單晶片作為參比樣品，旦參比樣品與測試 樣品的厚度應盡可能一致.以消除硅晶格吸收振動譜帶的影響。

5.2多級內部反射會產生次級干涉和基線偏離。通過改變樣品厚度、表面處理方式或分辨率可以消除 次級干涉和基線偏離。

5.3測試樣品和參比樣品應盡可能地保持相同的溫度.以避免與溫度有關的晶格吸收對測試結果的 影響。

5.4為了獲得較好的紅外吸收光譜，要求樣品雙面拋光.具有良好的光學表面，樣品表面拋光方法應 一致。

5.5代位碳、間隙氣的紅外光譜吸收峰位置和標定因于隨肴溫度而變化,溫度不同，對應的吸收峰位置 和標定因子也不同.參見附錄A。

5.6在低溫條件下，可以一定程度上抑制自由載流子的吸收.但是對于重摻雜的硅單晶，自由載流子濃 度很高?由于嚴重的載流子吸收的影響，也很難測量徒的紅外吸收光譜。

6試劑和材料

6.1無水乙醇：優級純。

6.2氮氣：體積分數貝99.9%.露點V —40 °C。

6.3氮氣：休積分數299.999%。

7儀器

7.1低溫傅立葉變換紅外光譜儀：具有用于波數250 cmf?1 300 cm，的光學部件和檢測器，15 K溫 度下光譜儀分辨率應達到1 cm-*或更佳。

7.2樣品架：由高熱傳導系數的金屬材料制成，開冇小孔并口J■阻擋通過樣品以外的任何紅外光線。

7.3千分尺或其他適用于測量樣品厚度的設備，精度為0.001 mm。

       光譜范圍：1500-280 cm-1  檢測器最佳的測試范圍

依據ASTM/SEMI MF1630標準測試單晶硅的III族 和 V族淺層雜對于3mm厚的楔形樣品，可達檢測限為：

- 10 ppta 磷

- 30 ppta 硼

依據ASTM/SEMI MF1391標準測試替代碳。此方法需要FZ法制備的無碳標準樣品以及厚度和表面都可比的待測樣品。對于厚度為3mm的楔形樣品，碳濃度檢測下限達20 ppba

8試樣

將硅單品切割成硅單品樣片，雙面研磨，采用機械或化學方法雙面拋光至鏡面, 加工后的樣品兩個面測試區域厚度變化應不大于0.05 mm,表面應無氣化層。

制備好的樣品厚度在2.0 mm?4.0 mm之間.直徑適合樣品架大小。

對于多品硅樣品,應參照GB/T 29057或其他方法預先制備成硅單品。

9參比樣品

選取碳、氧原子含量小于5X10" atoms，cm 3 (0.01 ppma)的區熔硅單晶片作為參比樣品『參比 樣品的制備和要求與測試樣品相同，應滿足第8章中的要求。

10分析步驟

用無水乙酔將樣品表面擦拭干凈。

按GB/T 6618的規定測量樣品厚度，精確至0.001 mm,并記錄樣片厚度d。

將樣品裝入到樣品架上，再將樣品架固定在樣品室內。

設置儀器參數，通過儀器配置的低溫恒溫裝置將樣品冷卻至低于15 K溫度下。

運行分析程序，對空光孔進行掃描，采集背景光譜；對參比樣品進行掃描，采集參比光譜；對待測 樣品進行掃描?采集待測樣品光譜。采用參比法計算代位碳、間隙氧的含量。

10.6代位碳、間隙氧的吸收峰位置見表1,紅外譜圖見圖1和圖2°

表1代位碳、間隙氧的吸收峰位置