CV法測試電阻率的穩定性研究

居斌++陳濤

摘 要：本文采用化學氣相沉積（CVD）方法，利用平板式外延爐，在5英寸<111>晶向，2×10-3Ω·cm重摻As襯底上，生長N/N+型硅外延片；試驗中采用電容-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，并對比分析了氧化溫度、氧化反應時間、H2O2濃度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

在硅外延片的各項參數指標中，外延層電阻率[1]是決定材料特性的關鍵指標，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[4]，在小尺寸硅外延片的規模化生產上，已經得到了廣泛應用。

使用電容-電壓法進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[5]，通過測量在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，因此，硅外延片的表面狀態，會對其電阻率的測試結果產生一定的影響；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行氧化處理，使其表面的懸掛鍵均與氧或者羥基結合，形成穩定的表面態，最終減小硅片表面狀態對肖特基勢壘的影響。

2 工藝試驗

（1）氧化溫度對測試值的影響

從數據分布來看，氧化溫度從70℃升至90℃，測試片電阻率的變化仍處于標稱值0.695Ω·cm的±0.5%內，即（0.692～0.698）Ω·cm，屬于合理波動范圍；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）氧化反應時間對測試結果的影響

從上述數據分析，3種不同氧化反應的時間對外延片的電阻率測試結果影響較大，特別是均勻性的變化，在10min的氧化處理后，達到最小。

（3）H2O2濃度對測試值的影響

實驗發現，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定。

3 實驗結果及分析

暴露在空氣中的硅片，其表面懸掛鍵會與氮、氫、氧、碳、羥基等形成共價鍵，并且在此過程中懸掛鍵上的基團會不斷發生脫附、吸附的反復變化，如圖1所示。這也就造成了硅片表面狀態不穩定，這與我們部分硅片在長期靜置實驗中表現出電阻率會發生變化相吻合。

在測試CV前，對N型硅片表面進行H2O2鈍化，就是要最大程度的形成圖2所示的結構，用一個氧原子分占兩個硅原子的懸掛鍵，形成穩定結構。

在外延片表面形成穩定狀態后，影響電阻率測試結果的因素主要是汞與外延片接觸的狀態。隨著氧化反應溫度、時間及反應劑濃度的增加，經處理后外延片的電阻趨于穩定，形成較好的氧化結合層。

4 結束語

本文主要研究了外延片在不同氧化處理的條件下，其電阻率測試的穩定性，通過不同氧化溫度、氧化時間和H2O2濃度的對比，發現：同一外延片的電阻率測試值隨氧化溫度變化的影響較小；不同尺寸外延片的電阻率測試值隨氧化時間的延長而趨于一致，STD值減小；H2O2濃度對電阻率測試片影響較大，在20%濃度時達到最佳工藝條件；通過本實驗，我們總結出氧化反應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。

參考文獻

[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，電子器件[J].2008，31（2）：537-541.

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