CV法測試電阻率的穩(wěn)定性研究

居斌++陳濤

摘 要：本文采用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法，利用平板式外延爐，在5英寸<111>晶向，2×10-3Ω·cm重?fù)紸s襯底上，生長N/N+型硅外延片；試驗(yàn)中采用電容-電壓方法，利用汞探針CV測試儀，通過金屬汞與硅外延片表面接觸形成肖特基勢壘，測試勢壘電容并轉(zhuǎn)換為外延層載流子濃度和電阻率，實(shí)現(xiàn)對外延層電阻率的測量。在此過程中，我們采用H2O2水浴處理硅外延片表面，形成10～15？的氧化層，并對比分析了氧化溫度、氧化反應(yīng)時(shí)間、H2O2濃度對電阻率測試結(jié)果的影響。

關(guān)鍵詞：硅外延片；電容-電壓法；勢壘電容

1 概述

在硅外延片的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)中，外延層電阻率[1]是決定材料特性的關(guān)鍵指標(biāo)，為了獲得對外延層電阻率的精確測量，目前主要有兩種方法，一種是四探針法[2]，一種是電容-電壓法[3]；前者由于對硅外延層導(dǎo)電類型具有顯著的局限性，所以未能普遍使用。而電容-電壓法具有測試精度高、測試深度可控、效率高等特點(diǎn)[4]，在小尺寸硅外延片的規(guī)模化生產(chǎn)上，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

使用電容-電壓法進(jìn)行硅外延片的電阻率測試，是金屬汞與硅外延片表面接觸形成肖特基結(jié)[5]，通過測量在高頻電場作用下的肖特基勢壘電容值，來計(jì)算硅外延片的電阻率，因此，硅外延片的表面狀態(tài)，會(huì)對其電阻率的測試結(jié)果產(chǎn)生一定的影響；此外，在N型硅外延片的電阻率測試中，需要在測試前對硅外延片的表面進(jìn)行氧化處理，使其表面的懸掛鍵均與氧或者羥基結(jié)合，形成穩(wěn)定的表面態(tài)，最終減小硅片表面狀態(tài)對肖特基勢壘的影響。

2 工藝試驗(yàn)

（1）氧化溫度對測試值的影響

從數(shù)據(jù)分布來看，氧化溫度從70℃升至90℃，測試片電阻率的變化仍處于標(biāo)稱值0.695Ω·cm的±0.5%內(nèi)，即（0.692～0.698）Ω·cm，屬于合理波動(dòng)范圍；且日常使用過程中，氧化處理的溫度完全控制在（70～90）℃之間。

（2）氧化反應(yīng)時(shí)間對測試結(jié)果的影響

從上述數(shù)據(jù)分析，3種不同氧化反應(yīng)的時(shí)間對外延片的電阻率測試結(jié)果影響較大，特別是均勻性的變化，在10min的氧化處理后，達(dá)到最小。

（3）H2O2濃度對測試值的影響

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著H2O2濃度增加，在同樣汞面積下，測試片的電阻率降低，H2O2濃度大于20%之后，測試片的電阻率趨于穩(wěn)定。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

暴露在空氣中的硅片，其表面懸掛鍵會(huì)與氮、氫、氧、碳、羥基等形成共價(jià)鍵，并且在此過程中懸掛鍵上的基團(tuán)會(huì)不斷發(fā)生脫附、吸附的反復(fù)變化，如圖1所示。這也就造成了硅片表面狀態(tài)不穩(wěn)定，這與我們部分硅片在長期靜置實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出電阻率會(huì)發(fā)生變化相吻合。

在測試CV前，對N型硅片表面進(jìn)行H2O2鈍化，就是要最大程度的形成圖2所示的結(jié)構(gòu)，用一個(gè)氧原子分占兩個(gè)硅原子的懸掛鍵，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

在外延片表面形成穩(wěn)定狀態(tài)后，影響電阻率測試結(jié)果的因素主要是汞與外延片接觸的狀態(tài)。隨著氧化反應(yīng)溫度、時(shí)間及反應(yīng)劑濃度的增加，經(jīng)處理后外延片的電阻趨于穩(wěn)定，形成較好的氧化結(jié)合層。

4 結(jié)束語

本文主要研究了外延片在不同氧化處理的條件下，其電阻率測試的穩(wěn)定性，通過不同氧化溫度、氧化時(shí)間和H2O2濃度的對比，發(fā)現(xiàn)：同一外延片的電阻率測試值隨氧化溫度變化的影響較??；不同尺寸外延片的電阻率測試值隨氧化時(shí)間的延長而趨于一致，STD值減?。籋2O2濃度對電阻率測試片影響較大，在20%濃度時(shí)達(dá)到最佳工藝條件；通過本實(shí)驗(yàn)，我們總結(jié)出氧化反應(yīng)條件對外延片電阻率測試值的影響，為今后CV測試儀的控制提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]何杞鑫，方紹華，電子器件[J].2006，29（1）：5-8.

[2]Michael Y，IEEE Trans actions on Electron Devices[J].2002，49（11）：1882-1886.

[3]Rene P，IEEE Transactions on Electron Devices[J].2004，51（3）：492-499.

[4]姜艷，陳龍，沈克強(qiáng)，電子器件[J].2008，31（2）：537-541.

[5]趙麗霞，袁肇耿，張鶴鳴.半導(dǎo)體技術(shù)[J].2009，34（4）：348-350.