硅外延層載流子濃度的測試電容

國家標準《硅外延層載流子濃度的測試 電容-電壓法》編制說明（征求意見稿）一、 工作簡況1、 立項目的和意義硅外延片是半導(dǎo)體功率器件和部分IC集成電路的基礎(chǔ)材料，硅外延層的片內(nèi)、片間及批間的載流子濃度，都是硅外延片品質(zhì)的重要衡量指標，直接影響供需雙方的產(chǎn)品質(zhì)量。隨著硅外延片直徑的不斷增大，硅外延片的應(yīng)用領(lǐng)域不斷向高端半導(dǎo)體產(chǎn)品延伸，硅外延片的品質(zhì)要求越來越高，外延層載流子濃度做為硅外延片的關(guān)鍵技術(shù)指標，其準確性和一致性的規(guī)格要求更是不斷被提升。在此基礎(chǔ)上，近年來國內(nèi)所有企業(yè)的硅外延層載流子濃度的汞探針測試技術(shù)方法和水平，都較GB/T14146-2009頒布時有了很大的提升，亟待更新原標準，以提高測試的精確性與測試效率，提高標準的實用性、可操作性及先進性。本次修訂中增加了空氣電容法無接觸C-V測試方法，該項技術(shù)的應(yīng)用可以有效規(guī)避傳統(tǒng)汞探針與硅片接觸導(dǎo)致的金屬沾污，同時避免蒸氣對超凈間的環(huán)境污染和現(xiàn)場人員的健康影響，從環(huán)境友好的角度，還是從人員健康、測試成本、外延片的有效利用上均具有無可替代的優(yōu)勢。2、 任務(wù)來源根據(jù)《國家標準化管理委員會關(guān)于下達2018年第三批國家標準制修訂計劃的通知》（國標委發(fā)[2018]60號）的要求，由南京國盛電子有限公司、有研半導(dǎo)體材料有限公司等單位負責修訂《硅外延層載流子濃度的測試電容-電壓法》，計劃編號20181807-T-469，要求完成時間2020年9月。3、 標準修訂主編單位概況南京國盛電子有限公司，是中國電子科技集團公司第五十五研究所全資子公司,專業(yè)從事半導(dǎo)體硅外延材料以及第三代半導(dǎo)體外延材料的研發(fā)與生產(chǎn)近30年。公司擁有世界一流的半導(dǎo)體外延工藝平臺，其中硅外延、碳化硅外延、氮化鎵外延材料的銷售與產(chǎn)能能力，連續(xù)多年國內(nèi)第一。公司技術(shù)力量雄厚，測試分析手段豐富，擁有多臺套、國際先進、全系列的半導(dǎo)體外延材料測試設(shè)備，其中包括，2臺手動動換汞的SSM-495汞探針CV測試儀、1臺自動換汞的MCV530I汞探針CV測試儀、1臺空氣電容法ACV2200C測試儀等硅外延層載流子濃度測試設(shè)備。公司于2012年成立了江蘇省半導(dǎo)體硅外延材料工程技術(shù)研究中心，致力于半導(dǎo)體外延材料的測試分析與工藝技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)。4、 主要工作過程標準立項之后，成立了標準編制組，落實標準涉及范圍、檢測和參與單位溝通等工作，并于2018年9月完成了標準討論稿。2018年9月，由全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標準化技術(shù)委員會材料分技術(shù)委員會組織，在新疆烏魯木齊召開《硅外延層載流子濃度的測試電容-電壓法》第一次標準工作會議（討論），共有浙江金瑞泓科技股份有限公司、中國計量科學研究院、浙江省硅材料檢驗質(zhì)量中心等13家單位的21名專家參加了會議，與會專家對標準的討論稿認真地進行了逐字逐句的討論，對該標準的技術(shù)要點內(nèi)容和文本質(zhì)量進行了充分的討論，會議對本標準的范圍、規(guī)范性引用文件、引用術(shù)語、干擾因素、試劑材料、測試步驟等提出了相應(yīng)修改意見。根據(jù)標準工作會議的要求，編制組對討論稿進行了修改及相關(guān)內(nèi)容的補充和完善，于2019年6月完成了征求意見稿（預(yù)審稿），征求意見。二、 標準編制原則及確定標準主要內(nèi)容的依據(jù)1、 編制原則標準的編寫格式按國家標準GB/T1.1-2009《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準的結(jié)構(gòu)和編寫》的統(tǒng)一規(guī)定和要求進行編寫。查閱相關(guān)標準和國內(nèi)外客戶的相關(guān)技術(shù)要求，按當前生產(chǎn)發(fā)展需求修訂試劑、材料及儀器設(shè)備等的要求。細化制樣與測試要求，保證測量精確度。增加了無接觸C-V測試技術(shù)。2、 標準主要內(nèi)容的主要依據(jù)本標準根據(jù)行業(yè)內(nèi)硅外延層載流子濃度的實際測試情況，結(jié)合我國半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀制定而成。本標準修訂了標準適用范圍、標準引用，按測試方法的不同分別對“汞探針電容-電壓法”和“空氣電容電壓法”加以說明。其中，原標準中的“汞探針電容 -電壓法”，主要修訂干擾因素、增加臭氧表面處理等項；“空氣電容電壓法”，做為新增的載流子濃度測試方法，對該測試方法的原理、試劑材料、干擾因素、測量儀器、測試步驟、數(shù)據(jù)處理等詳盡描述。3、 具體修訂情況范圍根據(jù)目前該項測試技術(shù)的使用情況，在適用范圍中增加了同質(zhì)碳化硅外延片。規(guī)范性引用文件根據(jù)目前該項測試技術(shù)的標準引用情況，增加了《GB/T14264半導(dǎo)體材料術(shù)語》、GB/T1551硅單晶電阻率測定方法》、《GB/T6624硅拋光片表面質(zhì)量目測檢驗方法》《GB/T14141硅外延層、擴散層和離子注入層薄層電阻的測定 直排四探針法》、《GB/T+6379測量方法與結(jié)果的準確度（正確度與精密度）》的引用，刪除了《GB/T1552硅、鍺單晶電阻率測定直排四探針法的引用》。汞探針電容-電壓法1、 關(guān)于修訂細化原標準4干擾因素說明：增加了對測試操作人的各項要求；在樣品表面的沾污會造成測試誤差和測試不良的基礎(chǔ)上，增加了硅片表面處理不當對測試的影響；將“毛細管的沾污和損傷”改為“汞探針的汞柱沾污或裝汞毛細管的沾污與損壞”；增加汞探針中與樣品表面接觸的那部分汞的潔凈程度要求，建議定期更換或清洗汞探針中的水銀；增加補償電容標準片由于整片厚度不夠均勻，對汞探針造成的有效接觸面積誤導(dǎo)；增加了補償電容選取不當，對測試結(jié)果的影響；增加了測試系統(tǒng)串聯(lián)電阻過大會造成測量電容的誤差；增加了對日常監(jiān)控樣品的使用和管理要求；2、 關(guān)于修改5試劑與材料的說明：外延片表面處理后，甩干或烘干不易造成沾污，有利于汞探針測量中的肖特基接觸，因此增加“5.6外延片表面處理后的烘干或甩干的干燥設(shè)備”。3、 關(guān)于修改6測量儀器與環(huán)境中自動測量儀器的內(nèi)容說明：隨著測量儀器的不斷改進，目前已有自動換汞儀器，本次標準修訂，需討論是否增加該儀器，以及使用該類型儀器所帶來的干擾因素。4、 關(guān)于修改6測量儀器與環(huán)境中測量環(huán)境的內(nèi)容說明：原標準中，沒有對測量環(huán)境的照度要求，本次標準修訂增加測試暗場的環(huán)境要求，即符合目前測試儀器的實際狀況，也符合測試穩(wěn)定重復(fù)的環(huán)境要求。5、 關(guān)于7樣品處理的內(nèi)容說明：根據(jù)目前各家的操作情況，增加了臭氧處理硅片表面的處理方法。6、 關(guān)于7樣品處理的內(nèi)容說明：增加樣品處理后的表面目檢要求，避免由于樣品處理表面沾污導(dǎo)致的汞探針的汞與毛細管的沾污，從而影響測量結(jié)果。7、 關(guān)于10精密度的內(nèi)容說明：結(jié)合目前對硅片的質(zhì)量要求，重新評判原標準的精密度規(guī)定空氣電容電壓法空氣電容電壓法由于不接觸硅片表面，不會對硅片造成損傷，可以提高硅片的利用率減少硅片因測量導(dǎo)致的損耗，越來越被廣泛采用。本次修訂將對空氣電容電壓法的測試原理、試劑材料、干擾因素、測量儀器、處理方法、測試步驟、數(shù)據(jù)處理等詳盡描述。三、標準水平分析本標準為第三次修訂，為推薦性國家標準，達到國內(nèi)先進水平。四、與現(xiàn)行法律、法規(guī)、強制性國家標準及相關(guān)標準協(xié)調(diào)配套情況本標準是對GB/T14146-2009《硅外延層載流子濃度的測試電容-電壓法》的修訂和補充，僅修訂測試技術(shù)內(nèi)容和格式，與現(xiàn)行的法律、法規(guī)及國家標準、國家軍用標準、行業(yè)標準沒有沖突，不涉及知識產(chǎn)權(quán)糾紛。五、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)在本標準（討論稿）修訂過程中，沒