摻硼p+-Si外延層厚度的測(cè)試方法
加入技術(shù)交流群
Si外延層厚度的測(cè)量方法有多種，主要包括稱重法、層錯(cuò)法、磨角染色法、解理法和紅外干涉法。這些方法各具特點(diǎn)與適用范圍，例如，采用紅外干射法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要求襯底表面對(duì)入射光具有足夠的反射能力。半導(dǎo)體材料對(duì)紅外光的反射能力與摻雜濃度有關(guān)，通常輕摻雜的反射能力差。因此，為了得到足夠的反射能力，襯底的電阻率要低于外延層的電阻率，即樣品應(yīng)為p／p+或n／n+結(jié)構(gòu)；采用層錯(cuò)法測(cè)量時(shí)，要求外延層中存在著發(fā)育完整的堆垛層錯(cuò)；對(duì)于磨角染色法則要求外延層與襯底的導(dǎo)電類型不同或兩種電阻率至少相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，該方法的樣品制備比較繁瑣。
隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，利用外延方法在高阻Si襯底上生長(zhǎng)一層低阻薄膜，再根據(jù)Si的各向異性腐蝕特性和自停止腐蝕效應(yīng)腐蝕出所需的微結(jié)構(gòu)已成為制備各類傳感器的手段。所以p+／p結(jié)構(gòu)的p+層厚度的測(cè)量顯得尤為重要。現(xiàn)有的外延層厚度測(cè)試方法，只有磨角染色法適用于p+／p結(jié)構(gòu)，而該方法的制樣過(guò)程及測(cè)試過(guò)程比較復(fù)雜，所以找出一種簡(jiǎn)單易行的測(cè)量p+外延層厚度的測(cè)試方法對(duì)于MEMS器件的制作非常重要。
1方法原理
研究表明，Si在KOH腐蝕液中呈各向異性腐蝕特性，即不同的晶面具有不同的腐蝕速率。腐蝕速率與腐蝕液成分、Si的摻雜濃度有關(guān)，圖1給出了在不同濃度的KOH腐蝕液中，<100>晶向Si的腐蝕速率與B濃度的關(guān)系。對(duì)于<110>晶向的Si，它在腐蝕液中的腐蝕速率與摻雜濃度的關(guān)系與<100>晶向Si的類似。
由圖1可以看出，腐蝕速率R與B摻雜濃度NB的關(guān)系分為兩個(gè)區(qū)：恒定腐蝕速率區(qū)和快速下降區(qū)。本文將恒定腐蝕速率區(qū)漸近線與快速下降區(qū)漸近線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的濃度定義為N0。在摻雜濃度低于N0時(shí)，腐蝕速率R與B摻雜濃度無(wú)關(guān)，為一恒定值Ri，大于N0時(shí)，腐蝕速率與B濃度NB的4次方成反比，也就是說(shuō)KOH對(duì)Si的腐蝕在摻雜濃度超過(guò)N0(約為5×1019 cm-3)時(shí)腐蝕速率很小，輕摻雜Si與重?fù)诫sSi的腐蝕速率之比高達(dá)數(shù)百倍，可以認(rèn)為KOH溶液對(duì)重?fù)诫sSi不腐蝕即自停止腐蝕。本文所提出的p+-Si外延層厚度的測(cè)試方法就是基于這一效應(yīng)。
該方法的樣品制備與磨角染色法的樣品制備相比，具有簡(jiǎn)單易行、可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量前對(duì)已解理成條狀的樣品用各向異性腐蝕劑KOH進(jìn)行腐蝕。如果外延層的摻雜濃度超過(guò)5×1019cm-3，則腐蝕液只腐蝕襯底而不腐蝕外延層，這樣在條狀樣品的截面會(huì)出現(xiàn)一個(gè)臺(tái)階，在顯微鏡下觀測(cè)臺(tái)階的寬度即可得到外延層的厚度。
在對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將條狀樣品的截面與顯微鏡的物鏡垂直，通過(guò)調(diào)整顯微鏡就可以觀察到外延層與襯底的分界線，因此就可以測(cè)量出外延層的厚度。
2 測(cè)試儀器
金相顯微鏡：帶有刻度的目鏡10×，物鏡5～50×。
載片塊：可以承載測(cè)試樣品。
3 樣品的制備
(1)試驗(yàn)中使用的樣品為p+／p結(jié)構(gòu)的外延片，即在P<100>、電阻率為2～5 Ω·cm的Si襯底上外延5～10 μm厚的摻B外延層，B的摻雜濃度不小于1020cm-3(相應(yīng)的電阻率不大于0.001 Ω·cm)。
(2)平行于主參考面方向，將Si外延片解理成長(zhǎng)方形的小條，其尺寸約為40 mm×10 mm。測(cè)量部位為長(zhǎng)方形小條的斷面，其結(jié)晶學(xué)方向?yàn)?110>。
(3)將長(zhǎng)方形小條放人溫度80～90℃、濃度30％～40％的KOH溶液中腐蝕，腐蝕30 s后將樣品取出用水沖洗干凈，在顯微鏡下觀察外延層與襯底的分界線是否清晰，如果觀察不到分界線或分界線模糊，則可將樣品在腐蝕液中繼續(xù)腐蝕，直到在顯微鏡下可以觀察到外延層與襯底的分界線(通常腐蝕30 s后即可出現(xiàn)清晰的分界線)。
評(píng)論