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摻硼p+-Si外延層厚度的測試方法
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時(shí)間：2017-02-27
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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0引言
Si外延層厚度的測量方法有多種，主要包括稱(chēng)重法、層錯法、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)行測量時(shí)，要求襯底表面對入射光具有足夠的反射能力。半導體材料對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，即樣品應為p／p+或n／n+結構；采用層錯法測量時(shí)，要求外延層中存在著(zhù)發(fā)育完整的堆垛層錯；對于磨角染色法則要求外延層與襯底的導電類(lèi)型不同或兩種電阻率至少相差一個(gè)數量級，該方法的樣品制備比較繁瑣。
隨著(zhù)MEMS技術(shù)的發(fā)展和應用范圍的擴大，利用外延方法在高阻Si襯底上生長(cháng)一層低阻薄膜，再根據Si的各向異性腐蝕特性和自停止腐蝕效應腐蝕出所需的微結構已成為制備各類(lèi)傳感器的手段。所以p+／p結構的p+層厚度的測量顯得尤為重要?，F有的外延層厚度測試方法，只有磨角染色法適用于p+／p結構，而該方法的制樣過(guò)程及測試過(guò)程比較復雜，所以找出一種簡(jiǎn)單易行的測量p+外延層厚度的測試方法對于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(lèi)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：恒定腐蝕速率區和快速下降區。本文將恒定腐蝕速率區漸近線(xiàn)與快速下降區漸近線(xiàn)的交點(diǎn)所對應的濃度定義為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與重摻雜Si的腐蝕速率之比高達數百倍，可以認為KOH溶液對重摻雜Si不腐蝕即自停止腐蝕。本文所提出的p+-Si外延層厚度的測試方法就是基于這一效應。
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、可操作性強的優(yōu)點(diǎn)。測量前對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 )出現一個(gè)臺階，在顯微鏡下觀(guān)測臺階的寬度即可得到外延層的厚度。
在對樣品進(jìn)行測量時(shí)，將條狀樣品的截面與顯微鏡的物鏡垂直，通過(guò)調整顯微鏡就可以觀(guān)察到外延層與襯底的分界線(xiàn)，因此就可以測量出外延層的厚度。
2 測試儀器
金相顯微鏡：帶有刻度的目鏡10×，物鏡5～50×。
載片塊：可以承載測試樣品。
3 樣品的制備
(1)試驗中使用的樣品為p+／p結構的外延片，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(cháng)方形的小條，其尺寸約為40 mm×10 mm。測量部位為長(cháng)方形小條的斷面，其結晶學(xué)方向為<110>。
(3)將長(cháng)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(guān)察外延層與襯底的分界線(xiàn)是否清晰，如果觀(guān)察不到分界線(xiàn)或分界線(xiàn)模糊，則可將樣品在腐蝕液中繼續腐蝕，直到在顯微鏡下可以觀(guān)察到外延層與襯底的分界線(xiàn)(通常腐蝕30 s后即可出現清晰的分界線(xiàn))。
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