style="width:6.3399in;height:5.1601in" /> 本文是学习GB-T 24581-2022 硅单晶中III、V族杂质含量的测定 低温傅立叶变换红外光谱法. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本文件描述了用低温傅立叶变换红外光谱法测定硅单晶中Ⅲ、V
族杂质含量的方法。
本文件适用于硅单晶中的Ⅲ、V 族杂质铝(Al)、锑(Sb)、砷(As)、
硼(B)、镓(Ga)、 铟(In)和 磷(P) 含
量的测定，各元素的测定范围(以原子数计)为1.0×10¹⁰ cm⁻⁴ ~4.1×10¹cm⁻²。
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本文件。
GB/T 8322 分子吸收光谱法 术语
GB/T 14264 半导体材料术语
GB/T 29057 用区熔拉晶法和光谱分析法评价多晶硅棒的规程
GB/T 8322、GB/T 14264 界定的术语和定义适用于本文件。
将硅单晶样品冷却至15 K
以下，此时红外光谱主要是由杂质元素引起的一系列吸收谱带。用一个
连续白光光源照射样品，使其光线能量大于补偿杂质的能带。将红外光束直接透射样品，采集透射光
谱，该光谱扣除背景光谱后转化为吸收光谱。在杂质元素特征吸收谱带上建立基线并计算其吸收谱带
面积。根据通用吸收定律及本文件给出的Ⅲ、V 族杂质元素校准因子计算出Ⅲ、V
族杂质元素的含量。
5.1 为消除自由载流子的影响，样品应冷却至15 K 以下测量Ⅲ、V
族杂质元素。将样品固定在冷头上
时，样品和冷头之间应保持良好的接触，以获得较高的热传导效率。氧在1136 cm⁻
¹ 和1128 cm⁻ '的吸
收谱带对温度十分灵敏，可用于判断样品温度。当样品温度高于15 K
时，氧在1136 cm⁻ 的吸收强度 是1128 cm⁻ '吸收强度的3倍；而低于15 K
时，其比率将大于3。
5.2
如果没有足量连续的白光，补偿的施主和受主将不产生吸收，故应有足够强度的白光以完全抵消
所有施主和受主的补偿。可通过逐步增加仪器白光强度来确定Ⅲ、V
族杂质吸收峰的面积或高度不再 受光强增加影响的最佳白光强度。
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5.3
水蒸气吸收谱会干扰数个吸收谱的测量，应除去光路中(含样品室)的水汽，更换样品时，应保证样
品室和光路中的其他部分不受水汽的影响，并且在测量时应先采集背景光谱。
5.4 直拉硅单晶中氧含量较高时，将产生热施主吸收谱线。这些谱线在400
cm⁻ ¹~500 cm⁻ ¹之间，影 响 Al(473 cm⁻ ')、Ga(548 cm⁻ ¹)和 As(382cm⁻ ¹)
的测量。氧的热施主影响可以通过退火的方法消除。
5.5
多级内部反射会产生次级干涉和基线偏离。通过改变样品厚度、表面处理方式或分辨率可以消除
次级干涉和基线偏离。
5.6 测量含量小于5.0×10¹cm⁻³ 的杂质时，建议采用厚度5 mm～20 mm
的样品及恒定低温检测器 (低于15 K, 波动小于1 K)
进行检测，以消除干扰，提高测量的准确性。
5.7 较高的锑(Sb) 含量会影响 B(319.6 cm⁻ ¹)的吸收谱带，Sb
的最强吸收谱带在293.6 cm⁻ ', 次强吸
收谱带则位于320 cm。
5.8 磷(P) 含量较高时，P(316 cm⁻
¹)的吸收谱带会出现削峰的现象，此时不能用该吸收谱带来计算磷 (P)
元素的含量。可采用磷(P) 的次强吸收谱带 P(275 cm¹)来计算磷(P)
元素的含量。
5.9
对于掺杂硅单晶，其掺杂元素较高的吸收峰会干扰其他元素的测量，因此不建议将本方法作为掺
杂硅单晶中Ⅲ、V
族杂质元素的测量方法，并且本方法不能作为测定掺杂硅单晶中Ⅲ、V
族杂质元素的 仲裁方法。
5.10 本方法采集的吸收谱带通常很尖锐，尤其是V
族元素，峰高值在不同仪器上难以重现，采用计算
峰面积可最大限度地减少这种影响。
5.11
采用计算机计算吸收峰面积时，由于积分仪的限制，不能自由调整零点和基线，因而可能带来
误差。
5.12
本方法是多晶硅质量的重要评价方法，但由于多晶的晶界严重影响样品的红外吸收，因此，本方
法测试时应按照GB/T 29057规定的方法，将多晶硅转变成单晶硅后才可应用。
氟化钙(CaF₂) 晶片，厚度5 mm。
7.1 低温恒温箱，保证样品温度低于15 K, 可采用液氦(He)
浸液式、交换式或封闭循环等方式冷却。
7.2
样品架，由高热传导系数的金属材料制成，开有小孔并可阻挡通过样品以外的任何红外光线，如
图 1 所 示 。
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图 1 样品架和采用光纤的白光光学系统示意图
7.4 傅立叶变换红外光谱仪，至少具有1 cm⁻ 的分辨率，具有优于1250 cm⁻ ¹~270
cm⁻ ¹范围的光学
部件和检测器，检测器应具有足够灵敏度，在要求的光谱范围提供合适的信噪比。
7.5 千分尺，精度不低于0.01 mm。
8.1
准备1个或多个硅单晶样品，其杂质含量在本方法的检测范围内，作为标准样品。按本方法对其
进行重复及周期性测量，对照前后结果，以保证仪器测量的重复性和稳定性。
8.2
根据样品架尺寸切割、抛光样品。样品表面可采用机械或化学抛光，样品的厚度误差应不超
过 1 % 。
8.3 测量不同硅单晶中Ⅲ、V 族杂质含量时，按以下厚度准备样品：
a) 电阻率大于2000Ω ·cm 的高纯度样品，厚度宜为3 mm～5mm,
以达到较低的检测限；
b) 电阻率小于10Ω ·cm 的非重掺样品，厚度宜为1 mm～2mm,
以获得更大的红外光透射率；
c) 杂质含量小于5.0×10¹cm⁻³ 的样品，厚度宜为5 mm～20 mm。
9.1 按以下步骤对傅立叶变换红外光谱仪的稳定性进行检查：
a) 通过开启的低温样品架光通道，连续收集存储两张背景光谱；
b) 将两张光谱相扣后得到透射光谱；
c) 检查从1200 cm⁻ ¹~270 cm⁻'的谱线，谱线透过率应在(100±0.5)%T
之间，否则，应校正
仪器。
9.2 按以下步骤对检测器线性度进行检查：
a)
用9.1a)中得到的两张单光束(未相扣的)图谱之一来检查检测器已知零响应波数位置处的非
零响应值(对具有CsI 窗口的Ge:Zn 检测器为小于200 cm⁻ )。
在此区间所观察到的非零响 应值应不超过1200 cm⁻ ¹~270cm⁻
'谱线范围内最大响应值的1%。否则，应进行校正；
b) 备用方法，将 CaF。
晶片放在红外光路中，扫描一张光谱，扣除9.1中得到的两张背景光谱之
一，得到透射光谱。CaF₂ 晶片在800 cm '以下完全不透光，800 cm⁻ ¹~270
cm⁻'的光谱应满
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足(0.0±0.5)%T。 否则，应进行校正。
9.3 用千分尺测量样品厚度，精确到±0.02 mm。
9.4 将待测样品装至样品架上，至少应保留一个空的光孔，用来采集背景光谱。
9.5 将样品固定至低温恒温箱中，冷却至15 K 以下。
9.6 设置仪器参数，使其分辨率为1.0 cm⁻ ¹ 或更高。
9.7 对空的光孔至少采集200次扫描图谱，作为背景光谱。
9.9
打开连续白光光源，使样品完全处于照射光束中，并参照红外光束进行适当调整(见图1)。
9.10 对样品至少采集200次扫描图谱。
9.11
对扫描图谱进行零填充、切趾，然后将干涉图转换为光谱图并扣除背景光谱。
9.12 转换为吸收光谱并作为样品光谱。
9.13 存储样品光谱(9.12)及随后的其他光谱以待进一步处理和计算吸收峰面积。
9.14 对每个待测样品都重复9.6～9.12进行测试。
10.1
在测量杂质元素吸收峰面积前，首先确定各吸收谱带的基线，处于基线以上的部分用于测量峰面
积。为得到理想的基线并修正吸收谱带面积，建议采用以下方法。
a)
从计算机存储信息中读出样品的谱带，将吸收谱带放大，在需要的地方进行局部放大，直至该
区域仅略微超过表1所列的基线范围。
表 1 峰位置、基线和积分范围及校准因子
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b)
运用交互式基线校正程序使谱图基线与0.0吸收谱线相交。参照表1中上下波数区域调整基
线。放大吸收区观测杂峰和特征吸收谱带，以便于确定最优化的基线位置。对连接吸收峰两
侧的直线进行适当的线性校正。由于B 和 P
的峰十分接近，因此只能用同一条基线。图2和
图3分别列出了B、P吸收谱带的吸收特征区基线校正前后的谱图。
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style="width:11.99336in;height:7.75346in" />
波数/cm²¹
图 2 砷、硼和磷在\<15 K 时特征区的典型红外谱图
style="width:10.01332in;height:6.25328in" />
波数/cm-1
图 3 局部放大和基线校正后的硼和磷红外谱图
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10.2 根据表1提供的积分范围，计算位于上下波数区域的吸收峰面积。
10.3 对待测样品中每个待测杂质元素重复10.1和10.2的操作。
10.4 待测样品中Ⅲ、V 族杂质的含量按公式(1)计算：
style="width:2.78008in;height:0.68662in" />i …………… ………… (1)
式中：
C;— 样品j 中杂质元素i 的含量，单位为每立方厘米(cm) (以原子数计);
I,— 样品j 中杂质元素i 的积分面积；
t;— 样品j 的厚度，单位为毫米(mm);
f,- 杂质元素 i 的校准因子，单位为毫米厘米(mm-cm)。
注：样品中Ⅲ、V族杂质的含量单位由(以原子数计)每立方厘米(cm⁻)
换算为原子数的十亿分之一(ppba) 时，除
以5.0×10'。
11.1 用5个厚度约2 mm
的样片，在10家实验室巡回测试，每个实验室在每个样片中心点测试不少
于10次，测试结果的重复性和再现性用相对标准偏差表示，具体见表2。
表 2 2 mm 厚样片Ⅲ、V 族杂质含量测试的重复性和再现性
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11.2 用3个厚度约10 mm
的样片，在5家实验室巡回测试，每个实验室在每个样片中心点测试不少
于5次，测试结果的重复性和再现性见表3。
style="width:3.12653in" />GB/T 24581—2022
表 3 10 mm 厚样片Ⅲ、V
族杂质含量测试的重复性和再现性
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试验报告应至少包括以下内容：
a) 样品信息：送样单位、送样日期、样品名称、规格、编号；
b) 仪器型号、品牌；
c) 低温恒温箱温度；
d) 样品厚度；
e) 切趾函数、填零因子和峰位置；
f)
测试结果：各杂质/掺杂剂的含量，如果没有检测到吸收峰，则报其检测限；
g) 测试日期、测试者、审核者；
h) 本文件编号。
更多内容 可以 GB-T 24581-2022 硅单晶中III、V族杂质含量的测定 低温傅立叶变换红外光谱法. 进一步学习