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摻氮直拉單晶硅(Nitrogen-doped CZ Silicon, NCZ-Si)中氮的低溫遠紅外測量

2021-12-30 10:12:06 admin 16

在半導體材料領域,硅基半導體材料目前產量最大、應用最廣,90%以上的半導體產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品。硅片生產中在拉晶過程中,需要解決氧含量及徑向均勻性、雜質的控制、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也提出了更高的要求。直拉晶體硅中摻氮可用來調控原生氧沉淀和空洞型缺陷,從而提高硅晶體的質量,已經在產業界廣泛應用,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),當氮摻入直拉硅單晶中時,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合體(N-O complexes)。研究顯示氮氧復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探測到。在低溫(10K左右)條件下,氮氧復合體在遠紅外波段有一系列由于電子躍遷產生的吸收峰,目前已經報導了7種氮氧復合體[1,2,3]。

針對直拉單晶硅中雜質元素以及氮氧復合體的測量,布魯克CryoSAS全自動、高靈敏度工業低溫硅質量控制分析系統,通過測試位于中/遠紅外波段間隙氧(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元素含量值。

CryoSAS低溫硅分析系統.jpg


布魯克CryoSAS系統主要特點:

·  波段范圍1250-230cm-1,覆蓋了間隙氧(Oi)、代位碳(Cs)、III-V族淺能級雜質元素(硼B,磷P,砷As,鋁Al,鎵Ga,銻Sb,符合SEMI/ASTM MF1630-0704標準)以及N-N對,氮氧復合體[N-O-(1-6)]吸收譜帶[4,5,6,7]

·  閉循環低溫冷卻系統,T<15K,無需昂貴的液體制冷劑[4]

·  不銹鋼、真空樣品室設計

·  堅固、精確的步進電機,帶有9位樣品架

·  簡單易用


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文獻[1])

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參考文獻:

[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]《半導體材料測試與分析》,楊德仁 等著

[4] https://www.bruker.com/zh/products-and-solutions/infrared-and-raman/silicon-analyzer/cryo-sas-cryogenic-silicon-analyzer.html

[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


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