CV法测试电阻率的稳定性研究

陈涛+李明达+李杨+边娜

摘 要：文章采用化学气相沉积（CVD）方法，生长N/N+型硅外延片；试验中采用电容-电压方法，通过金属汞与硅外延片表面接触形成肖特基势垒，测试势垒电容并转换为外延层载流子浓度和电阻率，实现对外延层电阻率的测量。在此过程中，我们采用H2O2水浴处理硅外延片表面，形成10～15?的氧化层，并对比分析了装汞量、吸附汞真空压力以及水平校准方式对电阻率测试结果的影响。

关键词：硅外延片；电容-电压法；势垒电容

1 概述

电容-电压法测试硅外延片电阻率，是通过金属汞与硅外延片表面接触形成肖特基结[1]，通过测量高频电场作用下的肖特基势垒电容值，来计算硅外延片的电阻率[2]，因此，硅外延片表面状态，对电阻率测试结果具有较大的影响；而且，在N型硅外延片的测试中，必须对硅外延片的表面进行氧化处理[3]，使硅片表面的悬挂键均与氧或者羟基结合[4]，才能形成稳定的表面态，从而减小硅片表面状态对肖特基势垒的影响。另外，装汞量、吸附汞真空压力以及水平校准方式也会对电阻率测试结果产生明显的作用，因此，本文通过不同的测试条件，分析了三种因素对电阻率测试结果的影响。

2 工艺试验

2.1 汞吸附真空度对测试值的影响

实验条件：汞面积：0.01885；汞量：35.5μL；

实验测试片：5寸，0.695Ω·cm；

实验结果如表1所示。

从测试数据可得，随着吸附真空度的增加，样片电阻率随之降低，分析其原因是由于真空度越高，汞滴被吸入毛细管的体积增加，而汞滴突出在毛细管顶端的部分减少，与外延片接触实际面积随之减小，因此，电阻率测试值降低。

2.2 不同厚度标片校准毛细管水平对测试结果的影响

实验条件：汞面积：0.01885；汞量：35.5μL；

实验测试片：

4寸450μm衬底 /外延层5μm 、0.732Ω·cm；

5寸525μm衬底 /外延层5μm 、0.695Ω·cm；

6寸625μm衬底 /外延层58μm 、13.855Ω·cm；

不同厚度外延片校准水平后，对6寸外延片的测试结果影响较大；在5寸、6寸标片校准水平后，6寸外延片测试结果变化0.43%，小于设备±0.5%的测试精度，属于可控范围；而在4寸标片校准水平后，测试值与5寸校准水平时相比，变化1.58%。

2.3 装汞量对测试值的影响

实验条件：汞面积：0.01885；

实验测试片：5寸，0.706Ω·cm；

实验结果如表3所示。

实验发现，随着毛细管中装入汞量的增加，在同样汞面积下，测试片的电阻率降低，这符合CV在两次换汞过程中的变化趋势。

在CV使用中，汞会在测试外延片时沾附到硅片表面，或者水平调节不是非常平整时，会有微量的汞遗漏在测试片或垫片表面，因此，随着CV的使用，毛细管内的汞含量会逐步减少，同等汞面积下，标片值会升高，故为获得稳定的标片值，汞面积会一直往下调。

3 实验结果及分析

由于SSM495-CV电阻率测试仪采用杠杆式探头[5]，如图1所示，

探针与硅外延片表面接触的角度随待测硅片的厚度不同而有所偏差，因此造成了采用不同厚度水平校准片时，对4寸、5寸、6寸硅外延片的测试结果影响较大；在不同装汞量状态下，由于汞量的增多，在探头接触硅片进行推汞时，汞与外延片的接触面积不同，汞量越大、汞接触面积越大，导致势垒电容增大，也就是在同样的偏执电压下，感应出更多的电荷，所以测试电阻率变小；汞吸附真空压力的调节，影响的也是汞与外延片的接触面积，吸附真空度越高，汞与外延片的接触面积越小，所以所测阻值越大。

4 结束语

文章主要研究了不同条件下CV电阻率测试仪的稳定性，通过不同装汞量、汞吸附真空压力和水平状态的对比，发现：同一外延片的电阻率测试值随装汞量的增加而减小；同一外延片的电阻率测试值随吸附真空压力的增加而变大；不同厚度的水平校准方式，对不同厚度的电阻率测试片影响较大；通过本实验，我们总结出CV电阻率测试仪汞面积和电阻率测试值之间的对应关系以及影响机理，为今后CV测试仪的控制提供了依据。

参考文献

[1]王英，何杞鑫，方绍华.电子器件，2006，29（1）：5-8.

[2]Michael Y.IEEE Trans actions on Electron Devices，2002，49（11）：1882-1886.

[3]Rene P.IEEE Transactions on Electron Devices，2004，51（3）：492-499.

[4]姜艳，陈龙，沈克强.电子器件，2008，31（2）：537-541.

[5]赵丽霞，袁肇耿，张鹤鸣.半导体技术，2009，34（4）：348-350.