摻氮直拉單晶硅（Nitrogen-doped CZ Silicon, NCZ-Si）中氮的低溫遠(yuǎn)紅外測量
在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，硅基半導(dǎo)體材料目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣，90%以上的半導(dǎo)體產(chǎn)品仍用單晶硅作為襯底材料制作。目前大尺寸硅片已成為硅片市場最主流的產(chǎn)品。硅片生產(chǎn)中在拉晶過程中，需要解決氧含量及徑向均勻性、雜質(zhì)的控制、缺陷控制、氧沉淀控制、電阻值定量、摻雜及徑向均勻性等眾多問題，同時對檢測表征等保障技術(shù)也提出了更高的要求。直拉晶體硅中摻氮可用來調(diào)控原生氧沉淀和空洞型缺陷，從而提高硅晶體的質(zhì)量，已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)界廣泛應(yīng)用，除了間隙氧、代位碳、III-V族元素檢測以外，氮的測量也是硅材料界的一個熱點課題。
眾所周知，直拉單晶硅中含有較高濃度（濃度范圍1017-1018cm-3）的間隙氧（Oi），當(dāng)?shù)獡饺胫崩鑶尉е袝r，除了以氮-氮對（N-N）形式存在以外，氮還會和氧作用形成氮氧復(fù)合體（N-O complexes）。研究顯示氮氧復(fù)合體會引起紅外的局域模振動吸收和電子躍遷吸收，可以被紅外吸收光譜技術(shù)探測到。在低溫（10K左右）條件下，氮氧復(fù)合體在遠(yuǎn)紅外波段有一系列由于電子躍遷產(chǎn)生的吸收峰，目前已經(jīng)報導(dǎo)了7種氮氧復(fù)合體[1,2,3]。
針對直拉單晶硅中雜質(zhì)元素以及氮氧復(fù)合體的測量，布魯克CryoSAS全自動、高靈敏度工業(yè)低溫硅質(zhì)量控制分析系統(tǒng)，通過測試位于中/遠(yuǎn)紅外波段間隙氧（1136.3cm-1, 1205.6cm-1）[7]，代位碳(607.5cm-1)[6,7]，III-V族元素[4,5]以及氮氧復(fù)合體吸收譜帶（249.8, 240.4cm-1[1,2]），通過直接或間接計算獲得相應(yīng)元素含量值。
布魯克CryoSAS系統(tǒng)主要特點：
· 波段范圍1250-230cm-1，覆蓋了間隙氧（Oi）、代位碳（Cs）、III-V族淺能級雜質(zhì)元素（硼B(yǎng)，磷P，砷As，鋁Al，鎵Ga，銻Sb，符合SEMI/ASTM MF1630-0704標(biāo)準(zhǔn)）以及N-N對，氮氧復(fù)合體[N-O-(1-6)]吸收譜帶[4,5,6,7]
· 閉循環(huán)低溫冷卻系統(tǒng)，T＜15K，無需昂貴的液體制冷劑[4]
· 不銹鋼、真空樣品室設(shè)計
· 堅固、精確的步進(jìn)電機(jī)，帶有9位樣品架
· 簡單易用
（文獻(xiàn)[1]）
（文獻(xiàn)[3]）
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參考文獻(xiàn)：
[1] H. Ch. Alt et al. Analysis of electrically active N-O complexes in nitrogen-doped CZ silicon crystals by FTIR spectroscopy, Materials Science in Semiconductor Processing 9 (2006) 114-116.
[2] H. Ch. Alt et al. Far-infrared absorption due to electronic transitions of N-O complexes in Czochralski-grown silicon crystals: influence of nitrogen and oxygen concentration, Appl. Phys. Lett. 87, 151909(2005).
[3]《半導(dǎo)體材料測試與分析》，楊德仁 等著
[5]SEMI MF1630-0704 Test Method for Low Temperature FT-IR Analysis of Single Crystal Silicon for III-V Impurities
[6]SEMI MF1391-1107 Test Method for Substitutional Atomic Carbon Content of Silicon by Infrared Absorption
[7]GB/T 35306-2017 硅單晶中碳、氧含量的測定 低溫傅立葉變換紅外光譜法
