ICS 77.040 CCS H 21 中华人民共和国国家标准 GB/T 14146—2021 代替GB/T14146—2009 硅外延层载流子浓度的测试 电容-电压法 Test method for carrier concentration of silicon epitaxial layers- Capacitance-voltage method 2021-12-01实施 2021-05-21发布 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T14146—2021 前言 本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 本文件代替GB/T14146一2009《硅外延层载流子浓度测定汞探针电容一电压法》，与 GB/T14146一2009相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下： a）更改了本文件的范围，包括规定的内容和适用范围（见第1章，2009年版的第1章）； b) 删除了规范性引用文件中的GB/T1552，增加了GB/T1551、GB/T6624、GB/T14264（见第2 章，2009年版的第2章）； c） 增加了术语和定义（见第3章）； (P 更改了试验条件的要求（见第4章，2009年版的6.2）； e) f) 增加了样品制备、测试仪器操作、测试机台维护后的汞探针调试对测试结果影响的干扰因素 (见5.2.1); g) 更改了样品表面、汞、装汞毛细管对测试结果的影响（见5.2.2、5.2.3、5.2.4，2009年版的4.1）； h) 增加了确定补偿电容用标准样片厚度对测试结果的影响（见5.2.7）； i) 增加了补偿电容归零调整或数值确定、电容测量电路串联电阻、校准仪器用质量监控片对测试 结果的影响（见5.2.8、5.2.9、5.2.10）； j) k） 增加了“试剂”中压缩空气的要求（见5.3.6）； 更改了电容仪的要求[见5.4.1c)，2009年版的6.1.2、6.1.3]； m) 更改了汞探针电容-电压测试仪器中数字伏特计的要求[见5.4.1d)，2009年版的6.1.3]； n) 增加了甩干设备、烘干设备、密闭烘烤腔的要求（见5.4.2、5.4.3、5.4.4）； 增加了样品处理后表面目检应光亮洁净的要求（见5.5.1），更改了样品的化学试剂处理步骤 （见5.5.2，2009年版的7.1～7.4），增加了采用非破坏性方法对样品进行钝化处理的步骤（见 5.5.3); 删除了“仪器校准”中低电阻电极的制备（见2009年版的8.4），“试验步骤”中增加了对应内容 p) (见5.7.2)； q) 增加了“试验数据处理”（见5.8）； r) 更改了“精密度”（见5.9）； s) 增加了无接触电容-电压法测试载流子浓度的方法（见第6章）； t）更改了试验报告的内容（见第7章，2009年版的第11章）。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国半导体设备和材料标准化技术委员会（SAC/TC203）与全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分技术委员会（SAC/TC.203/SC2）共同提出并归口。 本文件起草单位：南京国盛电子有限公司、有色金属技术经济研究院有限责任公司、中电晶华 （天津）半导体材料有限公司、有研半导体材料有限公司、河北普兴电子科技股份有限公司、浙江金瑞 泓科技股份有限公司、瑟米莱伯贸易（上海）有限公司、无锡华润上华科技有限公司、义乌力迈新材料 有限公司。 1 GB/T14146—2021 本文件主要起草人：骆红、潘文宾、杨素心、赵扬、赵而敬、张佳磊、李慎重、黄黎、严琴、黄宇程、 皮坤林。 本文件于1993年首次发布，2009年第一次修订，本次为第二次修订。 Ⅱ GB/T14146—2021 硅外延层载流子浓度的测试 电容-电压法 1范围 本文件规定了电容-电压法测试硅外延层载流子浓度的方法，包括汞探针电容-电压法和无接触电 容-电压法。 本文件适用于同质硅外延层载流子浓度的测试，测试范围为4×1013cm-3～8×1015cm-"，其中硅 外延层的厚度大于测试偏压下耗尽层深度的两倍。硅单晶抛光片和同质碳化硅外延片载流子浓度的测 试也可以参照本文件进行，其中无接触电容-电压法不适用于同质碳化硅外延片载流子浓度的测试。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于 本文件。 GB/T 1550 非本征半导体材料导电类型测试方法 GB/T 1551 硅单晶电阻率的测定直排回探针法和直流两探针法 GB/T 6624 硅抛光片表面质量目测检验方法 GB/T14264 半导体材料术语 GB/T14847 重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的红外反射测量方法 3术语和定义 GB/T14264界定的术语和定义适用于本文件。 4试验条件 4.1环境温度：22℃土3℃，温度波动小于±2℃。 4.2环境湿度：30%~50%。 4.3测试环境应有电磁屏蔽、去静电装置、良好接地的测试机台、工频电源滤波装置，周围无腐蚀性气 氛及震动。 5 汞探针电容-电压法 5.1原理 汞探针与样品表面接触，形成一个肖特基结。在汞探针与样品之间加可调偏置电压，使得肖特基结 的势垒宽度向外延层中扩展，势垒扩展宽度处的样品载流子浓度可由肖特基结的势垒电容、电容与电压 的变化率以及汞探针与样品的有效接触面积计算得到。 1 GB/T14146—2021 5.2干扰因素 5.2.1样品制备、测试仪器操作、测试机台维护后的汞探针调试，均对测试结果的准确性与稳定性有很 天影响，相关的测试人员应经过严格的培训。 5.2.2样品表面的污、样品表面处理方法的不当选择以及样品表面处理的不当操作，都会影响样品 表面的状态，造成测试误差。 5.2.3汞探针中汞的洁净度，装汞毛细管的洁净度和完好与否，都会导致测试结果不稳定或肖特基接 触不良。 5.2.4与样品接触的汞，由于经常会暴露在空气中，容易被氧化影响测试，应定期更换以确保接触样品 表面的汞是洁净的。 5.2.5汞探针电容-电压法测试中的肖特基接触不良，常表现为漏电流大，虽然可得到载流子浓度，但会 产生较大的测试误差。 5.2.6在电容测试中，测试的交流信号大于0.05Vrm（Vrms为交流电压的有效值）可能会导致测试误差。 5.2.7确定补偿电容的标准样片在电压应用范围内的载流子浓度一致性不好，会导致补偿电容值错 误，进而影响测试结果的准确性，如果该标准样片的厚度不够均匀，可能会影响标定的Nrer（Nref为标准 样片的载流子浓度标称值），从而导致汞探针的有效接触面积错误。 5.2.9电容测量电路串联电阻大于1kα会导致电容测试中出现误差。 5.2.10用于校准仪器的质量监控片应定期校准。 5.3试剂 5.3.1 氢氟酸，分析纯。 5.3.2 双氧水，分析纯。 5.3.3 汞，纯度（质量分数）大于99.99% 5.3.4去离子水，25℃时的电阻率大于18Mα·cm。 5.3.5 氮气，纯度（体积分数）大于99.9999%。 5.3.6压缩空气，直径大于0.1μm颗粒物的过滤率不小于99.9999%。 5.4 仪器设备 5.4.1 汞探针电容-电压法采用自动测试仪器进行，主要由以下几部分组成。 a） 精密电压源：提供一200V～0V或更小、0V～200V或更大的连续变化输出电压，精密度优 于0.1%，各级电压峰值变化不大于25mV。 b) 精密电容器：电容器数量不少于2个，电容器间额定标准电容值的最小倍数不小于10（其值满 足样品的测试范围）。在1MHz的测试频率下，电容器的测试精密度优于0.25%。 电容仪：测试范围10pF～10000pF，每级间的倍数小于10，测试频率0.9MHz～1.1MHz，测 试时交流信号不大于0.05Vrms，电容仪的精密度优于3%。测试时电容仪应连接屏蔽电缆。 d 数字伏特计：读值至少具有4位有效数字，n型样品的测试电压范围为一200V～0V或更小、P 型样品的测试电压范围为0V～200V或更大，每级电压变化为10V或更小，灵敏度高于 1mV/级，满量程时精密度优于0.5%，满量程时额定再现性优于0.25%，输入阻抗大于 100 M2 压，灵敏度高于10μA/级，用于监控汞探针接触。 5.4.2甩干设备：用于干燥化学处理后的样品。 2 GB/T14146—2021 5.4.3烘干设备：用于热处理p型样品。 5.4.4密闭烘烤腔：工作温度可达400℃~550℃，用于非破坏性方法处理样品。 5.5样品 5.5.1通常对样品进行直接测试，若不能进行正常测试，可对样品表面进行处理，处理后的样品表面按 GB/T6624规定的方法目检应光亮洁净。 5.5.2采用化学试剂对样品进行表面处理的步骤如下： a 样品在氢氟酸与去离子水的混合液（氢氟酸与去离子水的体积比为1：0～1：10)中浸泡不少 于30s，确保去除样品表面的自然氧化层； b) 用去离子水冲洗10min以上确保样品洁净； c） 对于p型样品，直接甩干或用氮气吹干，如测试不稳定，还可在120℃士10℃的空气中热处理 30min后，冷却； d）对于n型样品，在70℃～90℃的双氧水与去离子水的混合液（双氧水与去离子水的体积比为 1：1~1：5)中煮10min，再用去离子水冲洗10min以上确保样品洁净，之后甩干或用氮气 吹干。 5.5.3采用非破坏性方法对样品进行钝化处理的步骤如下： a) 将样品放置在密闭烘烤腔内； b）用鼓泡法通人一定量的压缩空气； c） 通过密闭烘烤腔内的紫外光照射，产生臭氧； d) 将密闭烘烤腔升温至400℃～550℃，恒温5min～10min，消除样品表面悬挂键，冷却至室温 后取出。 5.6仪器校准 5.6.1电容仪校准 电容仪的校准程序按下列步骤进行： a） 将连接了屏蔽电缆的电容仪调零 b) 将一个电容器通过屏蔽电缆连接电容仪，测试频率设为1MHz，测试得到电容值； c） 依次测试所有电容器的电容值； d）电容的测试值与标称值的偏差不大于1%，同时，测试同一位置至少10次的相对标准偏差不 大于0.25%，则电容仪合格，如超出范围，按要求调整设备，重新进行电容仪校准 5.6.2补偿电容校准 5.6.2.1测试补偿电容用标准样片的载流子浓度应小于1×1014cm-3，电压应用范围内纵向载流子浓 度分布的相对标准偏差不天于2%。 5.6.2.2将5.6.2.1的标准样片置于测试台上，并形成可靠的测试接触。 5.6.2.3设定一个补偿电容值（如未知，则设为0），开始测试载流子浓度，并观察测试曲线的斜率。如 斜率为正，按0.1pF的步进逐步增大补偿电容值