摻氮直拉單晶硅(Nitrogen-doped CZ Silicon, NCZ-Si)中氮的低溫遠(yuǎn)紅外測(cè)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(chǎng)最主流的產(chǎn)品。硅片生產(chǎn)中在拉晶過(guò)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(wèn)題,同時(shí)對(duì)檢測(cè)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(lái)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(cè)以外,氮的測(cè)量也是硅材料界的一個(gè)熱點(diǎn)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(shí),除了以氮-氮對(duì)(N-N)形式存在以外,氮還會(huì)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(huì)引起紅外的局域模振動(dòng)吸收和電子躍遷吸收,可以被紅外吸收光譜技術(shù)探測(cè)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(bào)導(dǎo)了7種氮氧復(fù)合體[1,2,3]。
針對(duì)直拉單晶硅中雜質(zhì)元素以及氮氧復(fù)合體的測(cè)量,布魯克CryoSAS全自動(dòng)、高靈敏度工業(yè)低溫硅質(zhì)量控制分析系統(tǒng),通過(guò)測(cè)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(guò)直接或間接計(jì)算獲得相應(yīng)元素含量值。
布魯克CryoSAS系統(tǒng)主要特點(diǎn):
· 波段范圍1250-230cm-1,覆蓋了間隙氧(Oi)、代位碳(Cs)、III-V族淺能級(jí)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(duì),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(wú)需昂貴的液體制冷劑[4]
· 不銹鋼、真空樣品室設(shè)計(jì)
· 堅(jiān)固、精確的步進(jìn)電機(jī),帶有9位樣品架
· 簡(jiǎn)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(cè)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(cè)定 低溫傅立葉變換紅外光譜法