GB/T 20176-2025 表面化学分析 二次离子质谱 用均匀掺杂物质测定硅中硼的原子浓度

ICS7104040

CCSG.04.

中华人民共和国国家标准

GB/T20176—2025/ISO142372010

:

代替GB/T20176—2006

表面化学分析二次离子质谱

用均匀掺杂物质测定硅中硼的原子浓度

Surfacechemicalanalysis—Secondary-ionmassspectrometry—Determination

ofboronatomicconcentrationinsiliconusinguniformlydopedmaterials

ISO142372010IDT

(:,)

2025-06-30发布2026-01-01实施

国家市场监督管理总局发布

国家标准化管理委员会

GB/T20176—2025/ISO142372010

:

目次

前言

…………………………Ⅲ

引言

…………………………Ⅳ

范围

1………………………1

规范性引用文件

2…………………………1

原理

3………………………1

参考物质

4…………………1

一级参考物质

4.1………………………1

二级参考物质

4.2………………………1

仪器

5………………………2

样品

6………………………2

步骤

7………………………2

二次离子质谱仪器的调试

7.1…………2

优化二次离子质谱仪器的设定

7.2……………………3

进样

7.3…………………3

被测离子

7.4……………3

校准

7.5…………………3

试样的测量

7.6…………………………5

结果表述

8…………………5

计算方法

8.1……………5

精密度

8.2………………6

测试报告

9…………………6

附录资料性硅片中载流子浓度确定

A()………………7

附录资料性用测量硼同位素比

B()SIMS……………9

附录规范性仪器性能的评估步骤

C()…………………12

附录资料性实验室间测试统计报告

D()………………14

参考文献

……………………17

Ⅰ

GB/T20176—2025/ISO142372010

:

前言

本文件按照标准化工作导则第部分标准化文件的结构和起草规则的规定

GB/T1.1—2020《1:》

起草

。

本文件代替表面化学分析二次离子质谱用均匀掺杂物质测定硅中硼的

GB/T20176—2006《

原子浓度与相比主要技术变化如下

》,GB/T20176—2006,:

更改了氧离子束的测试条件见年版的

———(7.1,20067.1)。

本文件等同采用表面化学分析二次离子质谱用均匀掺杂物质测定硅中硼的

ISO14237:2010《

原子浓度

》。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任

。。

本文件由全国表面化学分析标准化技术委员会提出并归口

(SAC/TC608)。

本文件起草单位清华大学中国地质大学北京中国矿业大学北京中国人民公安大学北京

:、()、()、、

大学中山大学中国工程物理研究院材料研究所

、、。

本文件主要起草人李展平郭冲王梦琴和平王富芳刘兆伦郎玉博李芹张硕刘可心

:、、、、、、、、、、

吴美璇陈建伏晓国

、、。

本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为

:

———GB/T20176—2006;

本次为第一次修订

———。

Ⅲ

GB/T20176—2025/ISO142372010

:

引言

本文件为用二次离子质谱对均匀掺杂硅片中硼原子浓

(secondaryionmassspectrometry,SIMS)

度的确定而制定

。

的定量分析需要参考物质价格昂贵经标定的参考物质仅适用于特定基体与杂质的组合

SIMS。

物在每一次测量中都不可避免地要消耗这些参考物质

。SIMS。

每个实验室可制备标定参考物质校准的二级参考物质它们在日常分析中很有用

,。

本文件描述用二级参考物质进行单晶硅中硼定量分析的标准步骤该二级参考物质经已标定注入

,

硼参考物质校准

。

Ⅳ

GB/T20176—2025/ISO142372010

:

表面化学分析二次离子质谱

用均匀掺杂物质测定硅中硼的原子浓度

1范围

本文件详细说明了用标定的均匀掺杂物质用注入硼的参考物质校准确定单晶硅中硼的原子浓度

()

的二次离子质谱方法它适用于均匀掺杂硼浓度范围从163203

。1×10atoms/cm~1×10atoms/cm。

2规范性引用文件

下列引用文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中注日期的引

。,

用文件仅该日期对应的版本适用于本文件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

。

测量方法和结果的准确度正确度和精密度

ISO5725-2()(Accuracy(truenessandprecision)of

measurementmethodsandresults—Part2:Basicmethodforthedeterminationofrepeatabilityandre-

producibilityofastandardmeasurementmethod)

表面化学分析二次离子质谱硅中硼的深度剖析方法

ISO17560(Surfacechemicalanalysis—

Secondary-ionmassspectrometry—Methodfordepthprofilingofboroninsilicon)

注表面化学分析二次离子质谱硅中硼深度剖析方法

:GB/T40109—2021(ISO17560:2014,IDT)

表面化学分析二次离子质谱从离子注入的参考物质中确定相对灵敏度因子

ISO18114(Sur-

facechemicalanalysis—Secondary-ionmassspectrometry—Determinationofrelativesensitivity

factorsfromion-implantedreferencematerials)

注表面化学分析二次离子质谱由离子注入参考物质确定相对灵敏度因子

:GB/T25186—2010—(ISO18114:

2003,IDT)

3原理

氧或铯离子束撞击到样品表面并对发射出的硼和硅的二次离子进行质量分析和检测

。

用均匀掺杂的二级参考物质经离子注入原始参考物质校准过的作为工作参考物质

()。

4参考物质

41一级参考物质

.

一级参考物质用于确定二级参考物质中硼的原子浓度一级参考物质应是一种硅中注硼的已标定

。

参考物质

(certifiedreferencematerial,CRM)。

42二级参考物质

.

421二级参考物质用于确定各测试样品中硼的原子浓度至少应有一块掺硼和一块不掺硼的参考

..。

物质用于日常分析推荐用另两块不同硼掺杂水平的参考物质来确定仪器的性能见附录

。(C)。

1

GB/T20176—2025/ISO142372010

:

422二级参考物质以下称为体参考物质是单晶硅片或外延层厚度约为的外延硅片且应

..()100μm,

该用具有天然同位素比的硼均匀掺杂

。

423应该获得具有硼原子浓度介于163203间的硼掺杂晶片推荐

..1×10atoms/cm~1×10atoms/cm。

使用表给出的种掺杂水平如果仅用一种水平应选择或还应有一块不掺硼的晶

13。,RM-BRM-C。

片用于检测本底

。

应选择硼浓度变化率较小的晶片硼浓度变化率每厘米应小于

,5%。

注近似硼原子浓度可从晶片电阻率得到的载流子浓度确定电阻率测量的步骤和电阻率与载流子浓度间转换的

:。

步骤见附录

A。

表1各种体参考物质

名称硼掺杂水平3

/(atoms/cm)

低1617

RM-A1×10~1×10

中1718

RM-B5×10~5×10

高1920

RM-C1×10~1×10

无14

RM-BG<1×10

424用以下方法之一确定从选出体参考物质11对10的同位素比

..4.2.3BB。

应根据规定的测量步骤用磁偏转二次离子质谱仪器检测-离子来评估同位素比

a)7.5.2,BSi。

应假定体参考物质具有标准天然同位素成分原子百分比为的10和的11即

b),19.9%B80.1%B,

11原子对10原子比为然而特定材料的硼同位素比与天然同位素比可能有的

BB4.025。,±5%

偏差

。

注由于仪器的不同和被检测离子类型的不同测出的同位素比常有偏差在磁偏转质谱仪器中1028-

:,SIMS。BSi

与1128-的偏差比10与11要小见附录

BSiBB(B)。

5仪器

使用具有氧离子源和或铯离子源的二次离子质谱仪器

。

一旦仪器的性能需要证实时应执行附录中规定的步骤规定的线性测量步骤或线性度的

,C。C.6,

测量步骤可用当地成文的步骤代替

。

6样品

被分析的样品应具有镜面抛光的表面样品应切割成适于分析的尺寸并在必要时去油和清洗

。。

7步骤

71二次离子质谱仪器的调试

.

如使用氧离子束见表如使用铯离子束见表没有在此列出的其他条件应参照厂商的说明

,2。,3。

书或当地成文的步骤设定

。

2

GB/T20176—2025/ISO142372010

:

表2氧离子束的测量条件

要素特性

一次离子的类型-

O2

二次离子的极性正

分析面积2

>100μm

一次离子扫描面积分析面积的倍或更大

4

表3铯离子束的测量条件

要素特性

一次离子的类型+

Cs

二次离子的极性负

分析面积2

>100μm

一次离子扫描面积分析面积的倍或更大

4

72优化二次离子质谱仪器的设定

.

721依照厂商的说明书或当地成文的步骤设定所需的仪器参数且准直离子光学系统

..,。

722依照厂商的说明书或当地成文的步骤确保一次离子流和质谱计的稳定性

..,。

73进样

.

在样品即将引入仪器前应该用压力除尘器去除样品表面的尘埃待样品引入分析室后直

SIMS,。,

到压力恢复到厂商或当地成文的步骤中所推荐的正常值后分析才可开始

,。

分析室内残余气体会产生10281-本底信号这将干扰1128-的检测所以当使用铯离子束时

BSiH,BSi,

需注意获得一个更好的真空环境

。

74被测离子

.

741用氧离子束时应当检测10+和11+作为硼二次离子用铯离子束时应当检测1028-和

..,BB。,BSi

1128-作为硼二次离子

BSi。

742依照厂商的说明书或当地成文的步骤应检测有适当离子强度的硅离子类型

..,。

如仪器具有静电计检测模式推荐用静电计检测28+作为+的参考离子对脉冲计数模式硅离