《本指南是在充分理解国际先进标准的基础上》由会员分享，可在线阅读，更多相关《本指南是在充分理解国际先进标准的基础上（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、ICSGB/TGCO中华人民共和i家标准GB/T X X X X 200 X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Test Method fbr Carrier Recombination Lifetime in Silicon Wafers byNon-contactMeasurement of Photoconductivity Decay by Microwave Reflectance（非等效）（征求意见稿）（本稿完成日期:2009. 9. 19）XXXXX X发布国家质量技术监督局发布IIXXX X-X X-X X 实施刖 B本指南是在充分理解国际先进标准的基础上，翻译
2、了 SEMI MF1535-0707,是与SEMI MF1535-0707等 同的测试方法标准。本标准由全国半导体材料与设备标准化委员会提出；本标准起草单位：有研半导体材料股份有限公司、A division of semilab USA,LLC、中国计量科学研究 院。木标准主要起草人：曹孜、孙燕、黄黎、高英、石宇。本标准由全国半导体材料与设备标准化委员会负责解释。如果半导体中载流子浓度不太高，载流子复合寿命由能级位于禁带中的杂质中心决定。很多金属杂 质在硅中形成这样的复合中心。在大多数情况下，这些杂质在很低的浓度（810至10”原子/cn?）下 即可使夏合寿命降低，对器件和电路起有害的作用。在
3、某些情况下，例如甚高速双极开关器件和大功率 器件，复合特性必须谨慎地控制以达到所需的器件性能。本方法包含多种类型硅片载流了复含寿命的测试步骤。由于测试时在硅片上没有制作电接触点，在 测试后，如果片子的清洁度保持良好，可以对其进行后续的工艺操作。木方法适用于研究开发、工艺控制、以及材料的验收。但，由木方法获得的结果与表面钝化程度有关。 所以，当木法用于材料的规格和验收时，供方和需方须对测试中的表面处理达成共识。+GBfT xxxxxxxx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本方法适用于测试均匀掺杂、被抛光过的n型或p型硅片的载流了夏合寿命。硅片的室温电阻率下 限由检测
4、系统灵敏度的极限确定，通常在0.05-lQ.cm之间。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本方法是非破坏性的。如果能保持硅片的清洁度，检测之后可以直接进入后道工艺。1.3在测试载流了复合寿命时，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夏合是很困难的。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，体复会寿命即为少数载流了寿命（见注1）但是为了提高信噪比（S/N）常采用高水平的注
5、 入。因此木方法也包含“非理想”情况下（表面复合不可忽略或者非小注入水平时）载流了复合寿命的 测试：1.3.1基木模式寿命们。受体和表面性质的影响。1.3.2 1/c寿命L，与注入比和激光透入深度有关，并强烈的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, e的测量是快速易行的。注1：根据光激发水平，按本方法测定的载流了复合寿命可能是少数载流了寿命（低注入水平）或少数载流了和多数载 流子的混合寿命（中、高注入水平）。在中、高注入水平下，若假定硅片中只含有单一复合中心，则根据Shockley-Read-Hall
6、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，少数载流用寿命和多数载流子寿命是可以区 分的。1.3.3当表面复合可忽略以及注入水平足够低时，上述三种寿命相等（Tb=J=Te）。在表面复合可忽 略的情况下，即使在激光辐照后的注入水平较高，T b与丁也相等。注2：本检测方法适用于测量0.25卜到lms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衰减信 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标准中规定厚度的抛光片，火到数十亳秒的寿命值也可被测定。注3：大尺寸
7、样块的载流子复合寿命可I1IGB/T1553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 减（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，测试寿命的上限山样 片的尺寸决定。测试方法中的方法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 寿命也可由按照方法A或B的表面光电压（SPV）法测试得到的载流子扩散长度推算得到。在低注入情况下进行测试， SPV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PC
8、D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（=7（TC）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。1.4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。1.5分析工艺过程、检查沾污源不在本方法范围内。本方法仅在非常有限的条件下，可以识别某些个别 的杂质种类。2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木标准的条款。凡是注LI期的引用文件，其
9、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木。凡是不注11期的引用文件，其最新版木适用于木标准。2.1国家标准GB/T1550非本征半导体材料导电类型测试方法GB/T 1552硅、铭单晶电阻率测定 直排四探针测量方法GB/T 1553硅和错体内少数载流了寿命测定光电导衰减法GB/T 6616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/T 6618硅片厚度和总厚度变化测试方法GB/T12964硅单晶抛光片GB/T13389掺硼、掺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2.2行
10、业标准YS/T679非本征半导体少数载流了扩散长度的稳态表面光电压测试方法2.3SEMT 标准SEMI MF978瞬态电容技术测量半导体深能级的测试方法SEMI MF 1388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白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术语下列术语适用于木标准。3.1使用木方法的大部分术语定义见GB/T14264半导体材料术语。3.2本标准的术语定义3.2.1注入水平在非本征半导体晶体或晶片内，由光子或其它手段产生的过剩载流子浓度与多数载 流子的平衡浓度之比。3.2.2复合寿命见GB/T14
11、264半导体材料术语。注：在应用于小浓度复合中心的S-R-H模型中，如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在载流子获时间常数。如注入载流子浓度大大超过多数载流了浓度（高注 入），复合寿命是少数和多数载流子俘获时间常数之和（见附录1）。3.2.3表面复合速率过剩少数载流了在半导体晶体或晶片表面处的复合的量度。由流向表面 的空穴（电子）电流与空穴（电子）电荷和表面处空穴（电子）浓度乘积之比给出。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了引起的电导率的衰减，从而测定 过剩载流了的复合情况。即用特定
12、功率密度（注入水平）且能量略大于禁带宽度的短脉冲光（宽度200ns, 上升和下降时fuj25ns）使硅片瞬间局部产生过剩的电了空穴对。光脉冲光终止后，光电导的衰减通过 微波反射方法监控，载流子复合寿命按以下步骤确定：4.1.1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 流了复合寿命是由复合电导率指数衰减部分的时间常数确定的。4.1.2基准模式寿命由衰减曲线指数部分的衰减时间常数决定。4.1.3 1/e寿命由激光脉冲注入到过剩载流了浓度减小为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了夏合寿命的分布图。4.3为了获
13、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。循环器监测器图1脉冲光和微波系统方框图4.4通过比对某特定工艺前后载流了复合寿命测试值，有时可以识别引入沾污的工序。5干扰因素5.1如果载流了的寿命在某种情况下，比如载流了的扩散长度大于硅片厚度的0.1倍时，为了获得体发合 寿命，应通过热氧化或者通过把样片浸入适当的电解液来消除样片表面复合所产生的影响（见8）, 5.1.1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。5.1.2如果采用热氧化的方法，需要特别小心。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
14、淀物的存在会改变样片的复合特性（见4.4）,使得该样片不再适合采用本方法来测量。5.1.3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了殳合寿命值。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了复合特性.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了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了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（p.p+或n.n+）结，（2）有不同殳合特性的区域存在 （例如片子有氧沉淀和一个没有这种
15、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，衰减可 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发合寿命不能代表任何单一的夏合中 心。5.6杂质中心的复合特性依赖于掺杂剂的类型和浓度，以及杂质中心能级在禁带中的位置。（见附录3） 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 将此效应减至最小（在衰减信号最大值的50%以下开始）。5.9通过分析测试数据，进而辨别杂质中心的形成机理和本质不在木方法范围。.单从载流了夏合寿命的 测量中可得到的此方面的某些信息在附录中讨论。“注入水平谱”的利用在附录1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2中讨论。通过对复合寿命进行测量，从而识别祥片中 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，利用其它电容或电流瞬态谱技术。5.10影响载流了殳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4.4节）不在本方
