低温傅立叶变换红外光谱法测量硅单晶中Ⅲ、Ⅴ族杂质含量的测试方法 GBT 24581-2009.pdf

GB/T24581-2009低温傅立叶变换红外光谱法测量硅单晶中、V族杂质含量的测试方法1目的1.1电子级多品硅生产者和使用者都可采用LTT-R光谱来对多品硅进行质量保证和研发目的的测量。1.2LTFT-IR光谱能定性和定量分析B、P、AlAs、In,Sb、Ga等痕量元素，1.3LTFT-R可用于FZ、CZ及其他（摻杂或不摻杂的）单品硅分析，其检测范围如2.2所述。1.4硅中碳含量可参照SEMI MF1391的方法，在低温下进行测量。由于低温下双声子谱带减弱，透射光强增大，可以让更多信号到达检测器，使信噪比提高，因而在15K低温下可以测量比室温下更低的碳浓度。同时碳的吸收谱带变窄，低温下FWHM由5cm16cm-降至2.5cm-13.0cm-。2范围2.1本标准适用于检测硅单品中的电活性元素棚(B)、磷(P)、砷(As)、铝(A)、锑(Sb)和稼(Ga)的含量，2.2本标准所适用的硅中每一种电活性元素杂质或糁杂剂浓度范围为(0.0110-5.010-9)，2.3每种杂质或掺杂剂的浓度可由比耳定律得到，并给出了对每个元素的校准因子。3局限性3.1样品必须冷却到低于15K的低温下测量电活性元素。在将样品固定在冷头上时，须注意使样品和冷头之间保持良好的接触，以获得较高的热传导效米。氧在1136cm1和1128cm-的吸收谱带对温度十分灵敏，可用于检测样品温度。当样品温度高于15K时，在1136cm-的吸收强度是1128cm1吸收强度的3倍，而低于15K时，其比率将大于3。3.2如果没有足量连续的白光，补偿的施主和受主将不产生吸收，故白光强度须足够强以完全抵消所有施主和受主的补偿。每台仪器系统的白炽灯的光强需要测定，使用者须增加光线强度，直到电活性杂质吸收峰的面积或高度不受光强增加的影响。3.3水蒸气吸收谱可干扰数个吸收谱的测量。所以，至少每天都要采集背景光谱。必须除去光路中(含样品室)的水汽。更换样品时，应保证样品室和光路中的其他部分不受水汽的影响。3.4CZ单品硅中氧含量较高时，将产生热施主吸收谱线。这些谱线在400cm500cm1之间，影响A1(473cm1)、Ga(548cm-1)和As(382cm)的测量。氧的热施主可以通过退火的方法消除。3.5多级内部反射会产生次级干涉和基线偏离。通过改变样品厚度、表面处理方式或分辨率可以消除次级干涉和基线偏离。3.6较高的Sb的含量会影响B(320cm-1)的吸收谱带，Sb的最强吸收谱线在293cm-1,但次强吸收谱线则位于320cm-。4规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T24581-2009GB/T1558硅中代位碳原子含量红外吸收测量方法GB/T6618硅片厚度和总厚度变化测试方法GB/T13389摻明摻减硅单晶电阻率与摻杂剂浓度换算规程GB/T14264半导体材料术语SEMI MF1723用区熔拉品法和光谱分析法评价多品硅棒的标准规程ASTM E131分子光谱的相关术语ASTM E168关于红外定量分析的推荐方法ASTM E177在ASTM标准中定义精度和偏差的方法ASTM E275描述和测量紫外，可见及红外光谱仪特性的推荐方法5术语和定义GB/T14264和ASTM E131规定的以及下列术语和定义适用于本标准，5.1FT-IR Fourier transform infrared(spectrometer)傅立叶变换红外光谱（光谱仪），5.2FWHM full width of an absorption peak expressed in cm at half its absorbance magnitude as meas-ured from the baseline吸收谱带的半高宽，cm-。5.3LTFT-IR low temperature,fourier transform infrared(spectrometer)低温傅立叶变换红外光谱（光谱仪）。5.4背景光谱background spectrum未加载样品时获得的红外光谱。5.5基线baseline连接吸收谱带吸收峰两侧的一条直线。5.6电话性元素electrically active elements硅中的掺杂剂或杂质元素，元素周期表中的族元素(B、A1,Ga、In)和V族元素(P、As、Sb、Bi),5.7样品光谱sample spectrum从测试样品获得的红外谱图中扣除背景光谱后得到的光谐。6方法概述6.1将硅单品样品冷却到低于15K温度下，在此条件下，自由载流子的影响可忽略不计，其红外光普主要是由杂质元素引起的一系列吸收谱带。6.2样品由一个连续白炽灯光源照射，其光线能量大于补偿杂质的能带。6.3使红外光束直接透射样品，采集透射光谱，该光谱扣除背景光谱，转化为吸收光谱。2GB/T24581-20096.4在测到的杂质元素特征吸收谱带上建立基线。6.5测量吸收谱带面积。6.6参照本方法给出的系数，根据比耳定律，计算出每种杂质元素的含量。7设备和材料7.1低温恒温箱：保证样品温度低于15K,可采用液氮(H)浸液式、交换式、或封闭循环等方式冷却。7.2样品架：由高热传导系数的金属材料制成，开有小孔并可阻档通过样品以外的任何红外光线。7.3白光光源：如图1所示。到检制器铜片光导纤维红外光硅样品白光光源样品架低温制冷器冷端图1样品架和采用光纤的白光光学系统7.4傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR):具有用于250cm11300cm1范围的光学部件和检测器。7.4.1FT-IR光普仪至少具有1cm-的分辨率：足够的分辨率才能满足需要，因为P在315,9cm-的吸收谐半高宽(FWHM)仅有1.1cm-。7.4.2具有足够灵敏度的检测器，在要求的光谱范围提供合适的信噪比。本方法中，室温下CsI窗口的DTGS检测器足以适合较高浓度元素的测量：摻杂Zn的Ge:Zn检测器工作在4.4K到10,0K,可以满足低浓度元素的测量，提供充分的信噪比并改善精度。7.4.3采用直空或氨气吹扫，保证样品室和光路部分不受水汽的影响。7.5氟化钙(CaFz)晶片：切成5mm厚的薄片。8样品制备8.1如果样品是多品硅，参照SEMI MF1723标准或其他方法预先转成单品。8.2样品必须切割，抛光以适合样品架。样品表面可以是机械或化学抛光面，每个样品的厚度误差不应超过1%。8.3测量电活性杂质含量，按以下厚度准备样品：8.3.1高纯度样品（大于2000Qcm)应具有3mm5mm厚度，以达到较低的检测限。8.3.25mm20mm厚度的样品可测量0.0110-a以下的杂质浓度。注：重摻杂硅（小于10ncm),样品厚度采用1mm2mm,以获得更大的红外光透射书，