ICS 29.045 H 82 SJ 备案号：50551-2015 中华人民共和国电子行业标准 SJ/T11494—2015 硅单晶中III-V族杂质的光致发光测试方法 Test methods for photoluminescence analysis of single crystal silicon for Ill-V impurities 2015-04-30发布 2015-10-01实施 发布 中华人民共和国工业和信息化部 SJ/T11494—2015 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009制定的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由全国半导体设备与材料标准化技术委员会(SAC/TC203)归口。 本标准起草单位：信息产业专用材料质量监督检验中心、工业和信息化部电子工业标准化研究院、 苏州晶瑞化学有限公司、天津中环领先材料技术有限公司 本标准主要起草人：李静、 IND SJ/T11494—2015 硅单晶中IⅢI-V族杂质的光致发光测试方法 1范围 本标准规定了硅单晶中硼、磷杂质的光致发光测试方法。 本标准适用于低位错密度（<500个/cm²）硅单晶中导电性杂质硼、磷含量的测定，同时也适用于 检测硅单晶中含量为1×10at·cm 种电活性杂质。 2规范性引用文件 'TRY 文的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 下列文件对于 生期的版本适用于本文 件。凡是不注日期 用文件 括所有的修改单 接掺磷硅美晶电阻率与疹 GB/T13389 切浓度的换算规 GB/T2458 低温 温博里叶 红外光谱测 佳单晶中ⅢI-V旋漆 OF CHI 3术语和定义 下列术语和 定义 适用于本效 3.1 S 缺陷光荧光谱 luminescencelines 由硅中缺陷产 特征吸收。 3. 2 S etron hroledroplet(EHD) 电子空位液滴（EHD） 3.3 激子exciton 是由一个空位晶格（自由激子）或杂质原子点（束缚激子）结合在一起的能发光的电子空穴对。 3. 4 非本征谱（XTo（BE）或XNp（BE））extrinsicline（XTo（BE）或Xnp（BE）） 由晶格中的杂质原子点（束缚激子）捕获激子而产生的光荧光谱。 在4.2K温度下非本征激子的结合能，它的能量比本征发射低得多。X是杂质元素符号，BE表示束 缚激子荧光谱。非本征荧光同样包括特征吸收，是因为束缚的多个激子复合（b1，b2，b3分别表示第一、 第二和第三束缚的多个激子复合）。在施主荧光谱中，这些复合在TO区域出现了两个系列的谱线，叫 做α系列和β系列。在符号后面加撤号来表示弱的β系列特征吸收，即Pto(b1')（见附录A中表A.1和表A.2）。 1 SJ/T11494—2015 3.5 本征谱（Iro（FE））intrinsicline（Iro（FE）） 无掺杂的纯净硅中激子复合而产生的光荧光谱。 3. 6 声子phonon 晶格振动中简谐振子的能量量子。 4方法原理 本方法利用低温下样品的非辐射复合会减小，发光带的热展宽也相应地减少，可以观察到激子发光 精细结构的原理，将单晶硅样品冷却到4.2K，用高于硅带隙能量的激光器激发它，测量本征硅发射强 度和非本征杂质发射强度的比值，做出强度比与杂质浓度之间的校正曲线，从而获得杂质浓度。 5干扰因素 5.1激发强度的变化一在相同的激发强度下，非本征束缚激子（BE）和本征自由激子(FE)的荧光特 征吸收强度值不改变。随着激发强度的增强FE特征吸收会适当增强，同时BE特征吸收也会增强。但 当激发强度较高时，达到了EHD的起始点以上时会很缓慢增强。因为计算杂质浓度由非本征特征吸收 与本征特征吸收的比值得出，这一比值将随着激发强度的增强而减小。因此，如果一个样品在超过仪器 校准水平的高激发强度下检测时，将会带来人为的测试误差，致使计算浓度偏低。 5.2样品表面损坏及缺陷等因素会造成样品辐射复合的减少，影响样品光荧光谱的强度，这是由于这 些缺陷能级会俘获电子和空穴，形成不发光的非辐射复合中心，减弱样品的荧光强度。例如那些在 6501cm和7050cm处的荧光都是典型的受热力学压力造成的，这些特征吸收可以用来定性分析缺 陷。 5.3硅的荧光特征值和线性宽度随温度的改变而剧烈变化，因此一定要避免测试过程中样品温度的改 变，本测试方法在6.1部分对使用的降温系统进行了阐述。 5.4光谱特征吸收的重送 5.4.1硼的BTO(BE)特征吸收在8812.6cm与磷的PTO(b1)特征吸收8812.7cm发生重选，直接导 致计算硼浓度时出现错误。一种方法是利用在8806.6cm处β系列磷荧光谱PTO(B1)的强度是α系列磷 荧光谱PTO(BE)强度的十分之一，测硼的特征吸收时要减掉磷的量。另外一种方法是利用硼谱的BTO （b1），用仪器对此特征吸收进行校准，从而消除磷谱线的影响。 5.4.2在硼和磷的横向光学特征吸收之间，的荧光谱线SbTO(BE)会下降。因为相对于硼和磷的特 征荧光谱的位置，锦的荧光谱很宽会影响硼和磷的横向光学（TO）的特征吸收强度。这些元素的零声 子（NP）的特征吸收，可以用来校准仪器。 当硼的含量远远超过磷的含量时，必须用磷的零声子PNP（BE）特征吸收谱线测量。而当磷的含量远 远超过硼的含量时，必须采用5.4.1条所述的两种测量方法中的一种进行测量。 5.5样品中的应力会引起零声子（NP）区域特征吸收发生分裂，影响杂质的TO/NP荧光谱的比值， 造成计算结果偏低。利用峰面积的计算方法，可以减小谱线分裂的影响。 2