柒夏刘春香 等:掺硼p+2Si外延层厚度的测试方法
蚀速率与腐蚀液成分、Si的掺杂浓度有关,图1给出了在不同浓度的KOH腐蚀液中,<100>晶向Si的腐蚀速率与B浓度的关系。对于<110>晶向的Si,它在腐蚀液中的腐蚀速率与掺杂浓度的关系与<100>晶向Si的类似[4]
。
2 测试仪器
金相显微镜:带有刻度的目镜10×,物镜5～50×。
载片块:可以承载测试样品。
3 样品的制备
(1)试验中使用的样品为p+/p结构的外延片,
即在P<100>、电阻率为2～5Ω cm的Si衬底上外延5～10μm厚的掺B外延层,B的掺杂浓度不小于1020cm-3(相应的电阻率不大于01001Ω cm)。
(2)平行于主参考面方向,将Si外延片解理成长方形的小条,40mm×10mm。测,其结晶学方向为<(80～90℃、浓度40%的KOH溶液中腐蚀,腐蚀30s后将样
图1 KOH腐蚀液中<100>Si的关系Fig11 RelationofSi<100由图1,腐蚀速率R与B掺杂浓度
NB的关系分为两个区:恒定腐蚀速率区和快速下
降区。本文将恒定腐蚀速率区渐近线与快速下降区渐近线的交点所对应的浓度定义为N0。在掺杂浓度低于N0时,腐蚀速率R与B掺杂浓度无关,为一恒定值Ri,大于N0时,腐蚀速率与B浓度NB的4次方成反比,也就是说KOH对Si的腐蚀在掺
杂浓度超过N0(约为5×1019cm-3)时腐蚀速率很小,轻掺杂Si与重掺杂Si的腐蚀速率之比高达数百倍,可以认为KOH溶液对重掺杂Si不腐蚀即自停止腐蚀。本文所提出的p+2Si外延层厚度的测试方法就是基于这一效应。
该方法的样品制备与磨角染色法的样品制备相比,具有简单易行、可操作性强的优点。测量前对已解理成条状的样品用各向异性腐蚀剂KOH进行腐蚀。如果外延层的掺杂浓度超过5×10cm
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品取出用水冲洗干净,在显微镜下观察外延层与衬
底的分界线是否清晰,如果观察不到分界线或分界线模糊,则可将样品在腐蚀液中继续腐蚀,直到在显微镜下可以观察到外延层与衬底的分界线(通常腐蚀30s后即可出现清晰的分界线)。
(4)用水将样品冲洗干净。
4 测试过程
(1)将待测样品与载片块贴在一起放到金相显微镜的载物台上,样品断面垂直于物镜。图2(a)
给出了样品断面腐蚀前正面观察示意图。图2(b)给出样品断面腐蚀后侧面观察示意图
。
(a)
样品断面正面观察示意图
,
则腐蚀液只腐蚀衬底而不腐蚀外延层,这样在条状样品的截面会出现一个台阶,在显微镜下观测台阶的宽度即可得到外延层的厚度。
在对样品进行测量时,将条状样品的截面与显微镜的物镜垂直,通过调整显微镜就可以观察到外延层与衬底的分界线,因此就可以测量出外延层的厚度。
半导体技术第34卷第7期690
(b)样品断面腐蚀后侧面观察示意图
图2 样品断面观察示意图
Fig12 Schematicofsamplesection
(2)调节金相显微镜,直到目镜中出现如图3
