GB/T 14847-2010 重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的红外反射测量方法

lCS

29．045

H80

园亘

中华人民共和国国家标准

14847—2010

GB／T

14847--1993

代替GB／T

重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的

红外反射测量方法

Testmethodforthicknessofsiliconon

lightlydopedepitaxiallayers

heavilysiliconsubstratesinfraredreflectance

dopedby

201201

1-0卜10发布

宰瞀鹊紫瓣訾襻瞥霎发布中国国家标准化管理委员会促19

GB／T14847--2010

前言

本标准代替GB／T14847--199M重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的红外反射测量方法》。

14847

本标准与GB／T1993相比，主要技术内容变化如下：

——修改原标准“1主题内容与适用范围”中衬底和外延层室温电阻率明确为在23℃下电阻率，增

加在降低精度情况下，该方法原则上也适用于测试0．5pm～2pm之间的N型和P型外延层

厚度；

——修改原标准“2引用标准”为“规范性引用文件”，增加有关的引用标准；

——增加“3术语和定义”部分；

——补充和完善“4测试方法原理内容”；

——增加“5干扰因素部分”；

——原标准5改为7，删除“5．1衬底和外延层导电类型及衬底电阻率应是已知的”内容，增加防止

试样表面大面积晶格不完整以及要求测试前表面进行清洁处理的内容；

——原标准6改为8，对选取试样的外延厚度的要求改为对衬底电阻率和谱图波数位置的要求，并

增加8．3．5采用GB／T1552中规定的方法在对应的反面位置测试衬底电阻率；

——原标准7改为9，增加极值波数和波长的转换公式。删除原7．2经验计算法内容；

——原标准8改为10，增加多个实验室更广范围的测试数据分析结果；

——原标准9改为11，试验报告中要求增加红外仪器的波数范围、掩模孔径、波数扫描速度、波长

和极值级数等内容。

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(SAC／TC203／SC2)归口。

本标准起草单位：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：李慎重、何良恩、许峰、刘培东、何秀坤。

本部分所代替的历次版本标准发布情况为：

14847—1993。

——GB／T

14847—2010

GB／T

重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的

红外反射测量方法

1范围

本标准规定重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的红外反射测量方法。

n·cm且外

本标准适用于衬底在23℃电阻率小于0．020·cm和外延层在23℃电阻率大干0．1

延层厚度大于2pm的n型和P型硅外延层厚度的测量；在降低精度情况下，该方法原则上也适用于测

试0．5time2tim之间的12型和P型外延层厚度。

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／T1552硅外延层、扩散层和离子注入层薄层电阻的测定直排四探针法

GB／T6379．2测量方法与结果的准确度(正确度与精密度)第2部分：确定标准测量方法重复

性与再现性的基本方法

GB／T14264半导体材料术语

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

ofrefraction

折射率index

入射角的正弦相对折射角的正弦的比率。这里的入射角和折射角是指表面法线和红外光束的夹

tLm时，相对空气的该比值为3．42，该

角。对电阻率大于0．1n·em硅材料，当波长范围为6pm～40

值可由斯涅尔(Snell)定律求出。

4方法提要

4．1衬底和外延层光学常数的差异导致试样反射光谱出现连续极大极小特征谱的光学干涉现象，根据

反射光谱中极值波数、外延层与衬底光学常数和红外光束在试样上的入射角计算外延沉积层厚度。

4．2假设外延层的反射率n。相对波长是独立的。

4．3当外延层表面反射的光束和衬底界面反射的光束的光程差是半波长的整数倍时，反射光谱中可以

观察到极大极小值。参见图1，从c和D点出射的光束的相位差8为式(1)：

式中：

A——真空波长’

n1-外延层反射率，其可将外延层中的光程长转换成等价的真空光程长；

14847--2010

GB／T

≠厂A点相位移；

≠rB点相位移。

AB，BC和AD是如图1所示的间距，它们和^单位相同。

图1平面示意圈

4．4根据图1，很明显有式(2)：

AB+BC

夏2刀T

4．5由斯涅尔(Snell)定律得式(3)：

4．6级数P定义为式(4)：

…“(4)

p=kzⅡ

耻降孕+学觚一肾卜警……“s，

式中，习惯上，A->^。且P。一Pz+m，其中m一彳，1，％，2，…，级数差是整数或半整数。

4．8根据P。解出P：可得式(6)：～

Pz一群‰+螺暑学一篆暑娉……………㈩

4．9考虑到光束从空气绝缘界面反射情况，如图1，九。一“，代人式(6)，结果为9．1中式(8)。

5干扰因素

5．1试样表面大面积晶格不完整、钝化层等导致反射率较低时，可影响测试结果。

5．2掩模孔材料、孔径大小以及探测器探测到的杂散光可影响测试结果。

5．3静电、噪音、振动及温湿度稳定性等测试环境可影响测试结果。

2

14847--2010

GB／T

6测量仪器

6．1红外光谱仪

6．1．1傅里叶变换红外光谱仪或双光束红外分光光度计。

6．1．2波长范国2pm～50／Lm，本法常用的波长范围为6pm～25Izm。

6．1．3波长重复性不大于0．05pm。

6．1．4波长精度为+／一0．05pm。

6．2仪器附件

6．2．1和仪器相匹配的反射条件，人射角不大于30。。

6．2．2掩模由非反射材料制成，如非光泽表面的石墨，用于限制试样表面受照射区域，其孔径尺寸足够

小以消除厚度波动的影响，同时又不至于影响到反射光束的探测。透光孔径不大于8mm。

6．2．3样品台构造须确保其不会对试样外延层造成损伤。

7试样要求

试样表面应是高度反射的，防止大面积的晶格不完整缺陷，以及除自然氧化层外不应该有钝化层。

测量前试样表面应进行清洁处理，此处理方法不能影响到试样外延层厚度。

8测量程序

8．1光谱仪校准

601．6

8．1．1用厚度为300pm～500pm的聚苯乙烯膜做标样，以标样的1crfl“或648．9cm_1峰为测

量参考峰，按GB／T

要求。

8．1．2将反射附件置于光路中，测量100％线，其峰谷值应小于8％。

8．2测量条件选择

8．2．1对光栅式红外分光光度计，参照下列步骤选取最佳扫描速度。

400

cmfl的位置可产生明显的极小值。

8．2．1．2选择一适当的掩模孔。