CV法測試電阻率的穩定性研究

摘 要：文章采用化學氣相沉積（CVD）方法，生長N/N+型硅外延片；試驗中采用電容-電壓方法，通過金屬汞與硅外延片表面接觸形成肖特基勢壘，測試勢壘電容并轉換為外延層載流子濃度和電阻率，實現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，并對比分析了裝汞量、吸附汞真空壓力以及水平校準方式對電阻率測試結果的影響。

關鍵詞：硅外延片；電容-電壓法；勢壘電容

1 概述

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

2 工藝試驗

2.1 汞吸附真空度對測試值的影響

實驗條件：汞面積：0.01885；汞量：35.5μL；

實驗測試片：5寸，0.695Ω·cm；

實驗結果如表1所示。

從測試數據可得，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，汞滴被吸入毛細管的體積增加，而汞滴突出在毛細管頂端的部分減少，與外延片接觸實際面積隨之減小，因此，電阻率測試值降低。

2.2 不同厚度標片校準毛細管水平對測試結果的影響

實驗條件：汞面積：0.01885；汞量：35.5μL；

實驗測試片：

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水平后，對6寸外延片的測試結果影響較大；在5寸、6寸標片校準水平后，6寸外延片測試結果變化0.43%，小于設備±0.5%的測試精度，屬于可控范圍；而在4寸標片校準水平后，測試值與5寸校準水平時相比，變化1.58%。

2.3 裝汞量對測試值的影響

實驗條件：汞面積：0.01885；

實驗測試片：5寸，0.706Ω·cm；

實驗結果如表3所示。

實驗發現，隨著毛細管中裝入汞量的增加，在同樣汞面積下，測試片的電阻率降低，這符合CV在兩次換汞過程中的變化趨勢。

在CV使用中，汞會在測試外延片時沾附到硅片表面，或者水平調節不是非常平整時，會有微量的汞遺漏在測試片或墊片表面，因此，隨著CV的使用，毛細管內的汞含量會逐步減少，同等汞面積下，標片值會升高，故為獲得穩定的標片值，汞面積會一直往下調。

3 實驗結果及分析

由于SSM495-CV電阻率測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片時，對4寸、5寸、6寸硅外延片的測試結果影響較大；在不同裝汞量狀態下，由于汞量的增多，在探頭接觸硅片進行推汞時，汞與外延片的接觸面積不同，汞量越大、汞接觸面積越大，導致勢壘電容增大，也就是在同樣的偏執電壓下，感應出更多的電荷，所以測試電阻率變小；汞吸附真空壓力的調節，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，所以所測阻值越大。

4 結束語

文章主要研究了不同條件下CV電阻率測試儀的穩定性，通過不同裝汞量、汞吸附真空壓力和水平狀態的對比，發現：同一外延片的電阻率測試值隨裝汞量的增加而減小；同一外延片的電阻率測試值隨吸附真空壓力的增加而變大；不同厚度的水平校準方式，對不同厚度的電阻率測試片影響較大；通過本實驗，我們總結出CV電阻率測試儀汞面積和電阻率測試值之間的對應關系以及影響機理，為今后CV測試儀的控制提供了依據。

參考文獻

[1]王英，何杞鑫，方紹華.電子器件，2006，29（1）：5-8.

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

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

[4]姜艷，陳龍，沈克強.電子器件，2008，31（2）：537-541.

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