10、硅中氧浓度测量技术解析

硅中氧浓度测量技术解析

1. 温度对氧带的影响

在不同温度条件下，硅中氧带会呈现出不同的特性。当温度变化时，1107 cm⁻¹的氧带会增强并变窄，其带最大值会向更高波数移动。在温度低于140 K时，该氧带会分裂成两个明显的带。在77 K时，更强烈的带中心位于1128 cm⁻¹，此带在77 K时的相对峰值强度是室温下1107 cm⁻¹带强度的2.4 - 2.6倍。通过测量这个带，可以检测低至20 ppba（DIN）的氧含量。

对于非常敏感的测量，特别是在浮区硅中，温度低于10 K时测量效果更佳。此时，1128 cm⁻¹的带会消失，主要谱线位于1136.4 cm⁻¹，且非常尖锐（半高宽为0.6 cm⁻¹），同时伴有两个较弱的峰，分别位于1134.5和1132.7 cm⁻¹，这是由于质量为29和30的硅同位素含量较少所致。进行这种测量时，需要厚样品和高分辨率，并且可能会受到电活性杂质吸收的干扰。早期的工作使用色散光谱仪完成，Krishnan和Hill在1981年使用FT - IR光谱仪也得到了基本相同的结果。

2. 绝对测定和校准因子

由于红外吸收是一种相对测量，因此需要绝对化学方法来建立将吸收与杂质含量相关联的校准因子。此外，红外方法不适用于测量极低电阻率硅中的氧含量，所以对于这类样品必须使用化学方法进行测量。大多数用于CMOS应用的n/n⁺和p/p⁺外延片的衬底难以通过红外吸收进行测量。

在使用化学方法时，由于其对总氧含量而非间隙氧含量敏感，因此必须确保用于比较红外和化学测量的样品中的所有氧都处于间隙状态。这可以通过高温热处理（例如在氩气中1300°C加热1小时），然后快速淬火（> 15°C/min）至室温来实现。

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