首页   当前位置:全部素材 > 规范图集 > 图标图集

GB/T26068-2010硅片载流子复合寿命的无接触微波反射光电导衰减测试方法1范围1.1本方法适用于测量均匀掺杂、经过抛光处理的型或p型硅片的载流子复合寿命。本方法是非破坏性、无接触测量。在电导率检测系统的灵敏度足够的条件下,本方法也可应用于测试切割或者经过研磨、腐蚀硅片的载流子复合寿命。1.2被测硅片的室温电阻率下限由检测系统灵敏度的极限确定,通常在0.05Ω·cm~1D·cm之间。注:本检测方法适用于测量0.254s到>1ms范围内的载流子复合寿命。最短可测寿命值取决于光源的关断特性及度减信号测定器的采样频率,最长可测值取决于试样的几何条件以及样片表面的钝化程度,配以适当的钝化工艺,如热氧化或浸入适当的溶液中,对于GB/T12964《硅单晶抛光片》中规定厚度的抛光片,长到数十毫秒的寿命值也可被测定。1.3分析工艺过程、检查沾污源以及对测量数据进行解释以判别杂质中心的形成机理和本质不在本方法范围内。本方法仅在非常有限的条件下,例如通过比对某特定工艺前后载流子复合寿命测试值,可以识别引人沾污的工序,识别某些个别的杂质种类。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T1550非本征半导体材料导电类型测试方法GB/T1552硅、绪单晶电阻率测定直排四探针测量方法GB/T1553一2009硅和锗体内少数载流子寿命测定光电导衰减法GB/T6616半导体硅片电阻率及硅薄膜薄层电阻测定非接触涡流法GB/T6618硅片厚度和总厚度变化测试方法GB/T11446.1电子级水GB/T13389摻硼、摻磷硅单晶电阻率与掺杂浓度换算规则GB/T14264半导体材料术语YS/T679一2008非本征半导体少数载流子扩散长度的稳态表面光电压测试方法SEMI MF978瞬态电容技术测量半导体深能级的测试方法SEMI MF1388金属-氧化物-硅(MOS)电容的电容-时间关系测量硅材料产生寿命和产生速率的测试方法SEMI MF1530自动无接触扫描测量硅片平整度、厚度和厚度变化的测试方法3术语和定义GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1注入水平injection level在非本征半导体晶体或晶片内,由光子或其他手段产生的过剩载流子浓度与多数载流子的平衡浓1筑Z.Z0
GB/T26068-2010度之比。3.2复合寿命recombination lifetime在应用于小浓度复合中心的SR-H模型中,假定过剩载流子浓度与多数载流子浓度相比很小(低注入),能级不太靠近能带边缘的复合中心的复合寿命为少数载流子俘获时间常数。当注入载流子浓度大大超过多数载流子浓度(高注入)时,复合寿命是少数和多数载流子俘获时间常数之和(见附录A)。3.3表面复合速率surface recombination velocity指非平衡少数载流子在半导体晶体或晶片表面处复合速度的量度。3.4体复合寿命bulk recombination lifetime体复合寿命即为少数载流子寿命。3.5基本模式寿命primary mode lifetime1通常将衰减曲线上满足指数衰减的部分的时间常数作为基本模式的复合寿命,受体和表面性质的影响。3.61/e寿命1/e lifetime将反射功率衰诚到峰值的1/e的时刻t和过剩载流子被光脉冲注入到样品的时刻t。之间的间隔计算为1/e寿命。其与注入比和激光透人深度有关,并强烈地受到表面条件的影响,因为在刚注入之后,过剩载流子的分布在表面附近。另一方面,在衰减曲线的初始阶段,由于信噪比好以及数据分析简单,t的测量是快速易行的。注:根据光激发水平,按本方法测定的载流子复合寿命可能是少数载流子寿命(低注入水平)或少数载流子和多数载流子的混合寿命(中、高注人水平)。在中、高注人水平下,若假定硅片中只含有单一复合中心,则根据Shockley-Read-Hall模型(应用于小浓度复合中心的情况)进行分析,可以得出在某些情况下,少数裁流子寿命和多数载流子寿命是可以区分的。4检测方法概述4.1本方法通过微波反射信号监测由于光脉冲激发样片产生过剩载流子引起的电导率的衰减,从而测定过剩载流子的复合情况。即用特定功率密度(注人水平)且能量略大于禁带宽度的短脉冲光(宽度不大于200ns,上升沿和下降沿时间不大于≤25ns)使硅片瞬间局部产生过剩的电子-空穴对。光脉冲终止后,光电导的衰减通过徽波反射方法监控,载流子复合寿命按以下步骤确定:一样片表面经过处理,在可以忽略表面复合对光电导衰减影响的条件下,有望获得体复合寿命。载流子复合寿命是由符合电导率指数衰诚部分的时间常数确定的。基准模式寿命由衰减曲线指数部分的衰减时间常数决定。--1/e寿命由激光脉冲注入到过剩载流子浓度减小为1/e时的时间间隔决定。4.2使用窄束光源在硅片表面不同区域可重复测量以获得载流子复合寿命的分布图。4.3为了获得复合中心更详细的信息,可以对特定参数如注入水平(光源强度)或温度,在不同数值下,进行重复测试。2霸Z.ZC.ET
GB/T26068-2010循环器监测器微波源光子监测器天线镜子硅片脉冲光源样品安放台图1脉冲光和微波系统方框图5干扰因素5.1载流子的寿命在某种情况下,比如载流子的扩散长度大于硅片厚度的0.1倍时,为了获得体复合寿命,应通过热氧化或者通过把样片浸人适当的电解液来消除样片表面复合所产生的影响(见8.4)。使用电解液的处理方法,应确保获得稳定的表面以保证测试结果的可靠性。采用热氧化的方法,特别是高氧含量的硅片,氧化时氧化物沉淀可能在样片体内形成。这类沉淀物的存在会改变样片的复合特性,使得该样芳不再适合采用本方法来测量。∩F在某些情况下,外吸杂硅片用本方法测量可能得出错误的载流子复合寿命值。对这类硅片的测试结果是否有效,需要经过彻底检查。5.2本方法不适于检测非常薄的硅膜的载流子复合特性。如果样片的厚度接近或小于入射辐射的吸收系数的倒数时,衰减曲线可能会由于额外载流子产生过程的空间相关性而扭曲。5.3在硅片表面垂直方向上载流子复合特性的变化可导致体复合寿命测试的不正确。导致这种变化的原因可能是:1)存在平行于表面的pn结或高-低(pp*或nn+)结;2)有不同复合特性的区域存在(例如片子有氧沉淀和一个没有这种沉淀的表面洁净区)。5.4硅中杂质的复合特性和温度密切相关。如果需要对比检测结果(比如,在一个工艺过程之前和之后,或在供需方之间),检测应在相同温度下进行。5.5不同的杂质中心有不同的复合特征。因此,如果在硅片中存在不止一种类型的复合中心,衰诚可能是两个或多个时间常数的作用所组成。由这样衰减曲线得出的复合寿命不能代表任何单一的复合中心。5.6杂质中心的复合特性依赖于接杂剂的类型和浓度,以及杂质中心能级在禁带中的位置(见附录D.2)。5.7光注入高次模的衰减会影响衰减曲线的形状,特别是在其早期阶段]。在高次模消失之后进行测量可将此效应诚至最小(在衰诚信号最大值的50%以下开始)。5.8通过本方法得到的数据进行分析测量,进而辨别杂质中心的形成机理和本质仅在非常有限的条件下对个别杂质适用,单从载流子复合寿命的测量中可得到的此方面的某些信息在附录中讨论。“注人水平谱”切的利用在附录B中讨论,低注入水平下测定的载流子复合寿命温度关系[)的利用在附录C中讨论。通过对复合寿命进行测量,从而识别样片中的杂质中心及浓度,通常使用更可靠的SEMI MF978深能级瞬态谱(DLTS)方法,或者在沾污类型已知时,利用其他电容或电流瞬态谱技术)。筑Z.Z0
GB/T26068-20105.9影响载流子复合寿命的金属杂质可在各道工艺中被引入到样片中,特别是那些涉及高温处理的过程。分析工艺过程以检查沾污源(见1.3)不在本方法范围内。虽然本方法通常是非选择性的,但在非常有限的条件下,某些个别的杂质种类是可以被识别出来的(见4.3,参见附录B和附录C)。5.10在测试载流子复合寿命时,理想情况下,若能消除表面复合的影响,得到的将是体复合寿命()。但通常完全抑制表面复合是很困难的。在大多数情况下,寿命测量都是在未做过表面钝化或表面钝化是否完善未被证实的情况下进行的。此外,注入比也对寿命测量值有影响。在小注入时,寿命值不受注入比的影响,体复合寿命即为少数载流子寿命,但是为了提高信噪比(S/N)常采用高水平的注入。因此本方法也包含“非理想”情况下(表面复合不可忽略或者非小注入水平时)载流子复合寿命的测试:当表面复合可忽略以及注人水平足够低时,上述三种寿命相等(x=:=x,)。在表面复合可忽略的情况下,即使在激光辐照后的注人水平较高,,与x,也相等。5.11因为复合中心的浓度在样片中的分布一般是不均匀的,所以在测试复合寿命时须对样片进行多点测试,所测点的密度及在样片上的位置须征得测试有关各方的同意。5.12大尺寸样块的载流子复合寿命可由GB/T1553-2009中的方法A和方法B进行测试。这些测试方法,都是基于光电导衰诚(PCD)测试法,需要在样片表面制备电接触。另外,若样片所有表面都具有很快的复合速率,测试寿命的上限由样片的尺寸决定。GB/T1553一2009中的方法B规定,在低注入情况下进行测试,才能确保测试的是少数载流子寿命。少数载流子寿命也可由按照YS/T679一2008中的方法A或方法B即表面光电压(SPV)法测试得到的载流子扩散长度推算得到。在低注人情况下进行测试,SPV法和PCD法在一定条件下将得到相同的少数载流子寿命)。首先,必须没有载流子陷阱产生。其次,必须采用正确的吸收系数和少数载流子迁移率用来进行SPV测试分析。第三,在进行PCD测试时,须消除表面复合的影响(如在本方法中),或者做出适当的评估(如在测试方法GB/T1553一2009中),产生寿命是半导体材料的另一个瞬态特性,其通常比复合寿命要大几个数量级。虽然SEMI MF1388包含硅片产生寿命的测试方法,但在高于室温(≥70℃)条件下使用相同的MOS电容结构,通过其电容-时间的测试推导出复合寿命[]。6设备6.1脉冲光源波长在0.9um~1.1um之间的激光二极管。标称脉冲宽度≤200ns,上升沿和下降沿≤25ns(见4.1),脉冲光源的上升沿、下降沿和信号调节器的采样时间(参照6.5)应小于等于待测寿命最小值的0.1倍。光源输出功率议可调,在脉冲作用期间使样片表面产生的光强介于2.5×101°~2.5×10之间。6.2光子探测器采用适当的方法,如在光路上放置一个成45°角的半透镜和一个硅光子探测器,提供反馈控制使激光功率维持在符合规定注入标准的恒定的水平上。6.3微波采样系统包括一个标称工作频率为10GHz士0.5GHz的微波源及-个测量反射功率的设备,如循环器、天线及探测器(见图1)。探测系统的灵敏度应尽可能大,以便测量低注入水平下的光电导衰减。6.4样片台将样片固定(用真空吸牢)在脉冲光源之下所需的位置。样片可装一个加热器以便在室温之上一个小小的温度范围内控制其温度。该样片台可由计算机控制的马达驱动,提供xy或者r-0方式的动作,4霸Z.ZC.ET
GB/T26068-2010以实现在整个样片表面的扫描功能。另外可配置自动装片及传输装置,以便于顺序测量一组样片。6.5衰减信号分析系统适当的信号调节器和显示单元(有合适的时间扫描和信号灵敏度的真实或虚拟的示波器)。信号调节器带宽要求≥40MHz,或最小采样时间≤25s。显示单元应具有精度和线性都优于3%的连续刻度的时间基准。系统应能独立确定使用者选定的衰减信号部分的时间常数。6.6计算机系统虽然测量可以手动进行,但还是推荐采用匹配的计算机系统控制样片的装载、样片台动作、脉冲和探测器的操作、衰减信号分析、数据统计分析、数据记录、存储以及打印和绘制结果。注:手动数据采集和分析的详细操作将在第9章测量步骤中介绍。强烈推荐采用具备数据存储和显示功能的电脑控制系统进行设备设置、数据采集和分析。在这种情况下,所采用的测试步骤和算法需与本节内容等效。6.7如需要样片表面腐蚀和钝化,可采用下列设施:6.7.1化学钝化设施:具备有防酸水槽的通风橱,能够在室温下盛放氢氟酸等液体化学试剂的烧杯或其他容器,及适用于所用化学试剂的防护用品。6.7.2氧化设施:可在950℃~1050℃温度下进行高质量干氧氧化的清洁炉子,及相关的硅片清洗、干燥和传输设备。6.8样片容器:在某些情况下,需要将样片浸在钝化液中进行测量(见8.4.2),这时需要一个平的、化学性质不活泼的、光学透明的容器来盛放样片和钝化液。7试剂7.1对所有规格的化学试剂,应考虑其纯度不会造成对硅片的沾污:使用后不会使测试精度下降。7.2水的纯度应符合GB/T11446.1的要求。7.3推荐的常用化学品的标称规格如下所示:7.3.1无水乙醇(CHCH2OH):≥99.9%。7.3.2碘(12):>99.8%,7.3.3氢氟酸(HF):49.00士0.25%。7.3.4硝酸(HN○3):70.0%71.0%。7.4碘-乙醇钝化溶液:碘含量为0.02mol/L~0.2mol/L。注:其他的纯化溶液符合下述条件也可使用,1)能够将表面复合速率降低到不再干扰体复合寿命的程度(见8.3);2)可以得到稳定的表面(见4.1)。7.5化学抛光腐蚀溶液:95 mL HNO3中混合5mL的HF,7.6腐蚀去除样片表面氧化层的稀HF溶液:将4mLHF与96mL水混合,得到100mL2%的HF溶液。8取样及样片制备8.1如果采用抽样检测,取样过程、抽样频率及组批规定应征得测试有关各方的认可。8.2待测样片的制备过程取决于其表面状态及对体复合寿命t的预期值。8.3如果不大于表面复合寿命的1/10,则无需对待测样片进行制备。表面复合寿命由两项构成:载流子扩散到样片表面所引起扩散项x和表面复合引起的复合项x,因此,表面复合寿命可通过近似关系式(1)计算切:筑Z.ZS0
GB/T26068-2010t,=td城十Tr=L品+房………(1)式中:D一少数载流子扩散系数,单位为平方厘米每秒(cm2/s);L样片厚度,单位为厘米(cm);S表面复合速率,单位为厘米每秒(cm/s),假设样片的两个表面的复合速率相等。不同厚度样片的电子(空穴)的表面复合寿命与表面复合速率的函数关系)如图2所示。10000001000000f令100000至100003100001000年安天颖址100001000(mm)f(mm)10010100.1101001000100001000000.1110100100010000100000表面复合速度S/(cm/)表面复合速度S/(cm/)a)电子表面复合寿命(D.=33.5cm2/s)b)空穴表面复合寿命(D,=12.4cm2/5)注:如果S非常大(>10cm/s),非平衡载流子到达表面之后便立即被复合,那么表面复合寿命主要为t,良好抛光面的表面复合速率约为10'cm/s,而研磨面的表面复合速率更大(约为10'cm/s,为载流子的饱和速率)在这种情况下,标准厚度硅片的最大可测体寿命(测试精度10%),对p型硅片大约为15,对型硅片大约为243,尽管对准确测量体复合寿命有诸多假,但在满足一定条件下,高达0.5m3一1s的未钝化抛光片的体复合寿命的相对变化仍然可以被测定,这些条件包括:1)整个样片扩散系数和表面复合速率是均匀的;2)微波探测系统要足够灵敏,能够分辨少子寿命1%的变化。在相同条件下,对于体寿命高达10043的研露片也能进行相对测量。在这种情况下,为了得到足够均匀的表面复合速率,需要将样片放人化学腐蚀抛光液(见7.5)中处理1 min.图2扩散系数一定时,不同厚度样片的电子(空穴)的表面复合寿命与表面复合速率的函数关系8.4可精确测量的最大体复合寿命约为表面寿命的1/10,如果要测体复合寿命大于0.1x,的样片,则样片表面应使用下列方法之一进行钝化处理,以满足0.1x,>t的条件。8.4.1氧化:在具有高质量(干氧)热氧化膜(D<101°/cm2eV)的样片(厚度≥0.5mm)上,可测量高至1ms左右的体复合寿命。要确保在氧化期间氧化条件不会形成明显数量的氧化物沉淀(见5.1)。在检测1ms~10ms之间的寿命时,应先用稀HF(见7.6)剥离掉氧化物,并在15分钟内进行测量。注:长有热氧化层或通过化学溶液钝化的抛光面的复合速率将大大降低。例如:长有高质量氧化层硅片的表面复合速率可低至1.5cm/s~2.5cm/s,而通过氢氟酸去除氧化层之后表面复合速率能低至0.25cm/s0。参考文献[9]也略述了确定表面复合速率的测试方法。碘-乙醇纯化液浸泡(见7.4)已表明可将无氧化层的抛光面的表面复合速率降至10cm/s以下。在参考文献[10]中介绍了多种界面态密度(D)测量技术,但是这些技术都还未标准化。8.4.2钝化:在厚度不小于0.5mm的棵抛光片上要测量高至1ms的体复合寿命,首先将样片置于碘-乙醇钝化液(见7.4)或其他可选择的钝化溶液中做预处理。然后将样片封存在小塑料袋或其他含有足够钝化溶液的容器中,使得在测量进行时,有一层钝化液薄膜覆盖在样片表面。在样片进行测试前,要确保所采用的钝化技术能获得稳定、可重复的测量结果。8.4.2.1如果样片表面被氧化过,先用稀HF腐蚀掉氧化物后再用碘-乙醇或一种可选的钝化液进行钝化。腐蚀时间依据氧化层厚度而定,从薄氧化层(<5nm)的大约30s到厚氧化层(~200nm)的大约<>6霸Z.ZC.ET
GB/T26068—201010min左右。8.4.2.2在进行测试之前,采用确保获得稳定、可重复测量结果的钝化技术是关键。8.4.3因为复合中心的浓度在样片中的分布一般是不均匀的,所以在测试复合寿命时须对样片进行多点测试,所测点的密度及在样片上的位置应经过测试有关各方的协商确定。9测试步骤9.1依据GB/T1550测定导电类型,依据GB/T6618或SEMI MF1530测定硅片中心点厚度,依据GB/T1552或GB/T6616测定中心点电阻率。依据GB/T13389将电阻率换算成多数载流子浓度(nm,载流子数/cm3)。记录这些数据和样片的标称直径及正、背面的状态(抛光、腐蚀、研磨、切割等)。9.2记录室温。如果样片台具有温控系统,则记录样片台表面温度。9.3将样片置于样片台上,使脉冲光能照射到待测的区域。9.4打开脉冲激光光源开关(见6.1)。9.5调节光强,使注人水平7达到所需值。注:如未规定注入水平,最好将其设为小于1。如果注人比可精确测量并记录,则可采用较高的注入比。较高的注入比通常会有较好的信噪比。如果设备不能自动调节注入比,可按照附录A对其进行设定。9.6打开微波源电源,在显示设备上观察光电导衰减,调整时间及电压值的显示范围以便能观察到所需的衰减信号部分。9.7确认所选范围内的衰减信号符合指数衰减模式,通过将一条指数曲线拟合到电压V与时间:的函数曲线上,或在手动数据采集时,将一条直线拟合到lV与t的函数曲线上,从而测定时间常数。9.8从记录下的衰减曲线即光注入后,激波反射功率的变化曲线可算出寿命(见图3),该曲线即是光注人后反射微波功率V的变化。注:测量一次度诚曲线可能就可以得到寿命值,但如果信噪比不太高,议进行重复测量并取平均。9.8.1体复合寿命(x):如果表面已按8.4.2的方法进行了减小表面复合速率处理,从衰减曲线的指数部分计算时间常数。在没有相反的迹象时,利用峰值电压V。的45%~5%范围内的衰减信号。计算方法与基本模式寿命的情况相同,见9.8.3。9.8.21/e寿命(x.):将t1和。之间的间隔计算为1/e寿命,其中6为过剩载流子被光脉冲注人到样品的时刻,t1为反射功率衰减到峰值的1/e的时刻(见图3)。反射微波功率指数区域(-o/)Ve(-Vle)3(=%2)基准模式寿命(5)时间I/e寿命()图3反射微波功率衰减曲线和复合寿命关系霸Z.ZC.ET
评星:
  • 0
  • 0

作品评论(0)

登录 后参与讨论
相关推荐:
本站所有资源由用户上传,仅供学习和交流之用;未经授权,禁止商用,否则产生的一切后果将由您自己承担!素材版权归原作者所有,如有侵权请立即与我们联系,我们将及时删除
浏览:121 次数:3
下载:免费下载 收藏:0
等级:
编号:200311 3
文件格式:pdf文本
文件大小:551.86KB
投稿:1001 进入
上传时间:2022/8/15 18:08:40
如有侵权请联系删除

您可能在找这些:

网站首页 典尚平台 建筑素材 三维模型 室内装修 视频素材网 上传教程 帮助中心 热门搜索 版权申明 关于我们 联系典尚

Copyright © 2000-2020 www.jzsc.net.粤ICP备07047611号 All Rights Reserved.

客服QQ:609470690 客服电话:0755-83549300 深圳市典尚风设计有限公司

Copyright© 2016典尚平台 JZSC.NET

网站推荐使用腾讯、Chrome浏览器浏览,不推荐360,很卡

粤公网安备 44030302000908号

QQ咨询
推广分享
×
复制本页url网址

推广详情

如您已登录,分享网址将自动加载您的推广编号,您将获得2元/注册用户的奖励。

推广记录  积分记录

网站首页
回顶部