摘 要：文章采用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法，生長(zhǎng)N/N+型硅外延片；試驗(yàn)中采用電容-電壓方法，通過金屬汞與硅外延片表面接觸形成肖特基勢(shì)壘，測(cè)試勢(shì)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(duì)外延層電阻率的測(cè)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(duì)比分析了裝汞量、吸附汞真空壓力以及水平校準(zhǔn)方式對(duì)電阻率測(cè)試結(jié)果的影響。

關(guān)鍵詞：硅外延片；電容-電壓法；勢(shì)壘電容

1 概述

電容-電壓法測(cè)試硅外延片電阻率，是通過金屬汞與硅外延片表面接觸形成肖特基結(jié)[1]，通過測(cè)量高頻電場(chǎng)作用下的肖特基勢(shì)壘電容值，來計(jì)算硅外延片的電阻率[2]，因此，硅外延片表面狀態(tài)，對(duì)電阻率測(cè)試結(jié)果具有較大的影響；而且，在N型硅外延片的測(cè)試中，必須對(duì)硅外延片的表面進(jìn)行氧化處理[3]，使硅片表面的懸掛鍵均與氧或者羥基結(jié)合[4]，才能形成穩(wěn)定的表面態(tài)，從而減小硅片表面狀態(tài)對(duì)肖特基勢(shì)壘的影響。另外，裝汞量、吸附汞真空壓力以及水平校準(zhǔn)方式也會(huì)對(duì)電阻率測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生明顯的作用，因此，本文通過不同的測(cè)試條件，分析了三種因素對(duì)電阻率測(cè)試結(jié)果的影響。

2 工藝試驗(yàn)

2.1 汞吸附真空度對(duì)測(cè)試值的影響

實(shí)驗(yàn)條件：汞面積：0.01885；汞量：35.5μL；

實(shí)驗(yàn)測(cè)試片：5寸，0.695Ω·cm；

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

從測(cè)試數(shù)據(jù)可得，隨著吸附真空度的增加，樣片電阻率隨之降低，分析其原因是由于真空度越高，汞滴被吸入毛細(xì)管的體積增加，而汞滴突出在毛細(xì)管頂端的部分減少，與外延片接觸實(shí)際面積隨之減小，因此，電阻率測(cè)試值降低。

2.2 不同厚度標(biāo)片校準(zhǔn)毛細(xì)管水平對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：汞面積：0.01885；汞量：35.5μL；

實(shí)驗(yàn)測(cè)試片：

4寸450μm襯底 /外延層5μm 、0.732Ω·cm；

5寸525μm襯底 /外延層5μm 、0.695Ω·cm；

6寸625μm襯底 /外延層58μm 、13.855Ω·cm；

不同厚度外延片校準(zhǔn)水平后，對(duì)6寸外延片的測(cè)試結(jié)果影響較大；在5寸、6寸標(biāo)片校準(zhǔn)水平后，6寸外延片測(cè)試結(jié)果變化0.43%，小于設(shè)備±0.5%的測(cè)試精度，屬于可控范圍；而在4寸標(biāo)片校準(zhǔn)水平后，測(cè)試值與5寸校準(zhǔn)水平時(shí)相比，變化1.58%。

2.3 裝汞量對(duì)測(cè)試值的影響

實(shí)驗(yàn)條件：汞面積：0.01885；

實(shí)驗(yàn)測(cè)試片：5寸，0.706Ω·cm；

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著毛細(xì)管中裝入汞量的增加，在同樣汞面積下，測(cè)試片的電阻率降低，這符合CV在兩次換汞過程中的變化趨勢(shì)。

在CV使用中，汞會(huì)在測(cè)試外延片時(shí)沾附到硅片表面，或者水平調(diào)節(jié)不是非常平整時(shí)，會(huì)有微量的汞遺漏在測(cè)試片或墊片表面，因此，隨著CV的使用，毛細(xì)管內(nèi)的汞含量會(huì)逐步減少，同等汞面積下，標(biāo)片值會(huì)升高，故為獲得穩(wěn)定的標(biāo)片值，汞面積會(huì)一直往下調(diào)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

由于SSM495-CV電阻率測(cè)試儀采用杠桿式探頭[5]，如圖1所示，

探針與硅外延片表面接觸的角度隨待測(cè)硅片的厚度不同而有所偏差，因此造成了采用不同厚度水平校準(zhǔn)片時(shí)，對(duì)4寸、5寸、6寸硅外延片的測(cè)試結(jié)果影響較大；在不同裝汞量狀態(tài)下，由于汞量的增多，在探頭接觸硅片進(jìn)行推汞時(shí)，汞與外延片的接觸面積不同，汞量越大、汞接觸面積越大，導(dǎo)致勢(shì)壘電容增大，也就是在同樣的偏執(zhí)電壓下，感應(yīng)出更多的電荷，所以測(cè)試電阻率變?。还秸婵諌毫Φ恼{(diào)節(jié)，影響的也是汞與外延片的接觸面積，吸附真空度越高，汞與外延片的接觸面積越小，所以所測(cè)阻值越大。

4 結(jié)束語

文章主要研究了不同條件下CV電阻率測(cè)試儀的穩(wěn)定性，通過不同裝汞量、汞吸附真空壓力和水平狀態(tài)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)：同一外延片的電阻率測(cè)試值隨裝汞量的增加而減??；同一外延片的電阻率測(cè)試值隨吸附真空壓力的增加而變大；不同厚度的水平校準(zhǔn)方式，對(duì)不同厚度的電阻率測(cè)試片影響較大；通過本實(shí)驗(yàn)，我們總結(jié)出CV電阻率測(cè)試儀汞面積和電阻率測(cè)試值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及影響機(jī)理，為今后CV測(cè)試儀的控制提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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

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

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