ICS29.045 H80 中华人民共和国国家标准 GB/T13389—2014 代替GB/T13389—1992 掺硼掺磷掺砷硅单晶电阻率与 掺杂剂浓度换算规程 Practiceforconversionbetweenresistivityanddopantdensityforboron-doped, phosphorus-doped,andarsenic-dopedsilicon 2014-12-31发布 2015-09-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布 前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准代替GB/T13389—1992《掺硼掺磷硅单晶电阻率与掺杂剂浓度换算规程》,参照SEMI MF723-0307《掺硼掺磷掺砷硅单晶电阻率与掺杂剂浓度换算规程》对GB/T13389—1992进行修订。 本标准与GB/T13389—1992相比,主要有以下变化: ———增加了公式(5)、(6)、(7),即砷的掺杂剂浓度换算电阻率、掺硼硅单晶电阻率换算空穴浓度和 掺磷硅单晶电阻率换算电子浓度的公式以及相应的适用范围; ———由于所有公式都是经验公式或是试验结果,因此本标准中给出了公式的试验依据以便于使用 者更好地了解和使用这些换算规程; ———增加干扰因素(见第6章); ———增加了附录和参考文献。 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这些专利的责任。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)和全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分会(SAC/TC203/SC2)共同提出并归口。 本标准起草单位:有研半导体材料股份有限公司、四川新光硅业科技有限责任公司、中国计量科学 研究院、浙江省硅材料质量检验中心、杭州海纳半导体有限公司、浙江金瑞泓科技股份有限公司、西安隆 基硅材料股份有限公司。 本标准主要起草人:孙燕、梁洪、高英、楼春兰、张静、王飞尧、曹孜、何良恩、张海英、张群社。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为: ———GB/T13389—1992。 ⅠGB/T13389—2014 掺硼掺磷掺砷硅单晶电阻率与 掺杂剂浓度换算规程 1 范围 本标准规定了掺硼、掺磷、掺砷硅单晶电阻率与掺杂剂浓度之间的换算关系,该换算关系也适用于 掺锑硅单晶,还可扩展至硅中激活能与硼、磷相似的其他掺杂剂。 本标准适用于掺硼浓度1014cm-3~1×1020cm-3,掺磷浓度3×1013cm-3~1×1020cm-3,掺砷浓 度1019cm-3~6×1020cm-3。对掺硼、掺磷的硅单晶掺杂剂浓度可扩展到1012cm-3。 本标准也可用于在23℃下从硅单晶电阻率到载流子浓度的换算,但不包括对砷掺杂剂的载流子浓 度换算,或任何其他载流子浓度的换算。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注明日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T1550 非本征半导体材料导电类型测试方法 GB/T1551 硅单晶电阻率测定方法 GB/T4326 非本征半导体单晶霍尔迁移率和霍尔系数测量方法 GB/T14264 半导体材料术语 3 术语和定义 GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 自相容性误差 theself-consistencyerrors 电阻率与掺杂剂浓度之间的换算公式或表格,是以其中一个为变量,拟合实验数据推导出另一个变 量,当使用不同的变量时会产生两个互为补充的公式,例如公式(1)和(2),公式(3)和(4)。由于这些公 式在数学上并不完全等价,因此在使用由此推导出来的公式或表格时将产生微小的差异,该差异称为自 相容性误差。 4 方法提要 电阻率与掺杂剂浓度之间的相互换算是基于掺硼、掺磷硅单晶中两者间的综合经验数据得到的,并 将其扩展到硅中具有相似激活能的其他掺杂剂,根据相同的方法也给出了电阻率与载流子浓度的换算 关系。本标准中将该换算关系表示为公式、曲线以及表格的形式,应用时请特别注意不同公式的适用范 围以及相应的误差。 注1:本标准掺硼、掺磷的换算最初是基于Thurberetal1,2,3的数据,是在(3×1013cm-3~1×1020cm-3)的掺磷硅单 晶和(1014cm-3~1×1020cm-3)的掺硼硅单晶中获得的。磷数据基于Esaki和Miyahara4的两个块状样品数 据,Fair和Tsai5的磷扩散样品数据被用于将数据点扩展到1020cm-3以上。在1012cm-3以下增加的虚线部 1GB/T13389—2014 分是为了提高换算的特性以供低掺杂值的要求。 注2:硅中砷掺杂(1019cm-3~6×1020cm-3)区域呈现了不同于掺磷的换算曲线,但它仅仅指导从掺杂剂浓度到电 阻率的换算。它是基于Fair和Tsai6用霍尔效应测量得到的掺杂剂浓度范围,1019cm-3以下的掺杂范围亦 可应用掺磷的换算曲线。 注3:无论掺杂剂范围如何,都可以通过测量得到电阻率范围(最常用的电阻率测量方法详见GB/T1551),通过各 种技术建立一个完整的掺杂剂数值范围是非常必要的,而这些技术并不一定对半导体中的相同参数都有响 应。本标准中提供的这些换算中,在约1018cm-3以下的硼、磷样品被假定可以忽略补偿,因此其掺杂剂浓度 的数据是可以直接使用电流-电压的测量得到,大于1018cm-3的数据是用霍尔效应测量得到的。另外在此范 围,中子活化分析和光谱分析也可以用于确定磷浓度,原子示踪技术可用于确定硼浓度,从这些分析技术中得 到的数据有些是矛盾的,使用的主要数据是由霍尔效应测量给出的(霍尔系数测量方法详见GB/T4326)。 5 换算 5.1 电阻率与掺杂剂浓度的换算 5.1.1 掺硼硅单晶中电阻率换算掺杂剂浓度按式(1)进行: NA=1.330×1016 ρ+1.082×1017 ρ[1+(54.56ρ)1.105]………………(1) 式中: ρ ———电阻率,单位为欧姆厘米(Ω·cm); NA———硼的掺杂剂浓度,单位为每立方厘米(cm-3)。 掺硼硅单晶从电阻率换算掺杂剂浓度见表A.1。 5.1.2 掺硼硅单晶中掺杂剂浓度换算电阻率按式(2)进行: ρ=1.305×1016 NA+1.133×1017 NA[1+(2.58×10-19×NA)-0.737]………………(2) 式中: ρ ———电阻率,单位为欧姆厘米(Ω·cm); NA———硼的掺杂剂浓度,单位为每立方厘米(cm-3)。 掺硼硅单晶从掺杂剂浓度换算电阻率见表A.2。 5.1.3 掺磷硅单晶中电阻率换算掺杂剂浓度按式(3)进行: ND=6.242×1018 ρ×10Z………………(3) 式中: ρ ———电阻率,单位为欧姆厘米(Ω·cm); ND———磷的掺杂剂浓度,单位为每立方厘米(cm-3); Z=A0+A1x+A2x2+A3x3 1+B1x+B2x2+B3x3; x=lgρ; A0=-3.1083; A1=-3.2626; A2=-1.2196; A3=-0.13923; B1=1.0265; B2=0.38755; B3=0.041833。 2GB/T13389—2014