CV法测试电阻率的稳定性研究

居斌++陈涛

摘 要：本文采用化学气相沉积（CVD）方法，利用平板式外延炉，在5英寸<111>晶向，2×10-3Ω·cm重掺As衬底上，生长N/N+型硅外延片；试验中采用电容-电压方法，利用汞探针CV测试仪，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，并对比分析了氧化温度、氧化反应时间、H2O2浓度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

在硅外延片的各项参数指标中，外延层电阻率[1]是决定材料特性的关键指标，为了获得对外延层电阻率的精确测量，目前主要有两种方法，一种是四探针法[2]，一种是电容-电压法[3]；前者由于对硅外延层导电类型具有显著的局限性，所以未能普遍使用。而电容-电压法具有测试精度高、测试深度可控、效率高等特点[4]，在小尺寸硅外延片的规模化生产上，已经得到了广泛应用。

使用电容-电压法进行硅外延片的电阻率测试，是金属汞与硅外延片表面接触形成肖特基结[5]，通过测量在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，因此，硅外延片的表面状态，会对其电阻率的测试结果产生一定的影响；此外，在N型硅外延片的电阻率测试中，需要在测试前对硅外延片的表面进行氧化处理，使其表面的悬挂键均与氧或者羟基结合，形成稳定的表面态，最终减小硅片表面状态对肖特基势垒的影响。

2 工艺试验

（1）氧化温度对测试值的影响

从数据分布来看，氧化温度从70℃升至90℃，测试片电阻率的变化仍处于标称值0.695Ω·cm的±0.5%内，即（0.692～0.698）Ω·cm，属于合理波动范围；且日常使用过程中，氧化处理的温度完全控制在（70～90）℃之间。

（2）氧化反应时间对测试结果的影响

从上述数据分析，3种不同氧化反应的时间对外延片的电阻率测试结果影响较大，特别是均匀性的变化，在10min的氧化处理后，达到最小。

（3）H2O2浓度对测试值的影响

实验发现，随着H2O2浓度增加，在同样汞面积下，测试片的电阻率降低，H2O2浓度大于20%之后，测试片的电阻率趋于稳定。

3 实验结果及分析

暴露在空气中的硅片，其表面悬挂键会与氮、氢、氧、碳、羟基等形成共价键，并且在此过程中悬挂键上的基团会不断发生脱附、吸附的反复变化，如图1所示。这也就造成了硅片表面状态不稳定，这与我们部分硅片在长期静置实验中表现出电阻率会发生变化相吻合。

在测试CV前，对N型硅片表面进行H2O2钝化，就是要最大程度的形成图2所示的结构，用一个氧原子分占两个硅原子的悬挂键，形成稳定结构。

在外延片表面形成稳定状态后，影响电阻率测试结果的因素主要是汞与外延片接触的状态。随着氧化反应温度、时间及反应剂浓度的增加，经处理后外延片的电阻趋于稳定，形成较好的氧化结合层。

4 结束语

本文主要研究了外延片在不同氧化处理的条件下，其电阻率测试的稳定性，通过不同氧化溫度、氧化时间和H2O2浓度的对比，发现：同一外延片的电阻率测试值随氧化温度变化的影响较小；不同尺寸外延片的电阻率测试值随氧化时间的延长而趋于一致，STD值减小；H2O2浓度对电阻率测试片影响较大，在20%浓度时达到最佳工艺条件；通过本实验，我们总结出氧化反应条件对外延片电阻率测试值的影响，为今后CV测试仪的控制提供了依据。

参考文献

[1]何杞鑫，方绍华，电子器件[J].2006，29（1）：5-8.

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

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

[4]姜艳，陈龙，沈克强，电子器件[J].2008，31（2）：537-541.

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