掺硼p+-Si外延层厚度的测验办法

0导言

Si外延层厚度的丈量办法有多种，首要包含称重法、层错法、磨角染色法、解理法和红外干涉法。这些办法各具特色与适用规模，例如，选用红外干射法进行丈量时，要求衬底表面临入射光具有满足的反射才能。半导体资料对红外光的反射才能与掺杂浓度有关，一般轻掺杂的反射才能差。因而，为了得到满足的反射才能，衬底的电阻率要低于外延层的电阻率，即样品应为p／p+或n／n+结构；选用层错法丈量时，要求外延层中存在着发育完好的堆垛层错；关于磨角染色法则要求外延层与衬底的导电类型不同或两种电阻率至少相差一个数量级，该办法的样品制备比较繁琐。

跟着MEMS技能的开展和运用规模的扩展，运用外延办法在高阻Si衬底上生长一层低阻薄膜，再依据Si的各向异性腐蚀特性和自中止腐蚀效应腐蚀出所需的微结构已成为制备各类传感器的手法。所以p+／p结构的p+层厚度的丈量显得尤为重要。现有的外延层厚度测验办法，只要磨角染色法适用于p+／p结构，而该办法的制样进程及测验进程比较复杂，所以找出一种简单易行的丈量p+外延层厚度的测验办法关于MEMS器材的制造非常重要。

1办法原理

研讨标明，Si在KOH腐蚀液中呈各向异性腐蚀特性，即不同的晶面具有不同的腐蚀速率。腐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浓度的联系。关于<110>晶向的Si，它在腐蚀液中的腐蚀速率与掺杂浓度的联系与<100>晶向Si的相似。


由图1能够看出，腐蚀速率R与B掺杂浓度NB的联系分为两个区：稳定腐蚀速率区和快速下降区。本文将稳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界说为N0。在掺杂浓度低于N0时，腐蚀速率R与B掺杂浓度无关，为一稳定值Ri，大于N0时，腐蚀速率与B浓度NB的4次方成反比，也便是说KOH对Si的腐蚀在掺杂浓度超越N0(约为5×1019 cm-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，能够以为KOH溶液对重掺杂Si不腐蚀即自中止腐蚀。本文所提出的p+-Si外延层厚度的测验办法便是根据这一效应。

该办法的样品制备与磨角染色法的样品制备比较，具有简单易行、可操作性强的长处。丈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。假如外延层的掺杂浓度超越5×1019cm-3，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呈现一个台阶，在显微镜下观测台阶的宽度即可得到外延层的厚度。

在对样品进行丈量时，将条状样品的截面与显微镜的物镜笔直，经过调整显微镜就能够调查到外延层与衬底的分界线，因而就能够丈量出外延层的厚度。

2 测验仪器

金相显微镜：带有刻度的目镜10×，物镜5～50×。

载片块：能够承载测验样品。

3 样品的制备

(1)实验中运用的样品为p+／p结构的外延片，即在P<100>、电阻率为2～5 Ω·cm的Si衬底上外延5～10 μm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0.001 Ω·cm)。

(2)平行于主参阅面方向，将Si外延片解理生长方形的小条，其尺度约为40 mm×10 mm。丈量部位为长方形小条的断面，其结晶学方向为<110>。

(3)将长方形小条放人温度80～90℃、浓度30％～40％的KOH溶液中腐蚀，腐蚀30 s后将样品取出用水冲刷洁净，在显微镜下调查外延层与衬底的分界线是否明晰，假如调查不到分界线或分界线含糊，则可将样品在腐蚀液中持续腐蚀，直到在显微镜下能够调查到外延层与衬底的分界线(一般腐蚀30 s后即可呈现明晰的分界线)。