GB T 11073-2007 硅片径向电阻率变化的测量方法.pdf

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1、ICS 7704001H 17 国营中华人民共和国国家标准GBT 11 0732007代替GBT 11073-1989硅片径向电阻率变化的测量方法Standard method for measuring radial resistivity variation on silicon slices2007-09-1 1发布 2008-0201实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局辔士中国国家标准化管理委员会夏仲刖 罱GBIT 1 1073-2007本标准是对GBT 11073-19896硅片径向电阻率变化的测量方法的修订。本标准修改采用了ASTM F 81一01硅片径向电阻率变化的测量方法

2、。本标准与ASTM F 8101的一致性程度为修改采用，主要差异如下：删去了ASTM F 81 01第4章“意义和用途”。本标准与GBT 110731989相比主要变化如下：因GBT 6615已并人GBT 1552，本标准在修订时将硅片电阻率测试方法标准改为GBT 1552，并将第2章“规范性引用文件”中的“GBT 6615”改为“GBT 1552”；采用ASTM F 8101第8章“计算”中的计算方法替代原GB 11073-1989中径向电阻率变化的计算方法；依据GBT 1552将电阻率的测量上限由1103 ncm改为3i03 ncm将原GBT 11073 1989中第7章“测量误差”改为第

3、4章“干扰因素”，并对其后各章章号作了相应调整；删去了原GBT 11073-1989中的表1，采用GBT 12965规定的直径偏差范围；将原GBT 11073-1989中的表2改为表1，并依据GBT 12965中的规定，在本标准中删去800 mm标称直径规格，增加了1500 mm和2000 miD,标称直径规格。本标准的附录A是规范性附录。本标准自实施之日起，同时代替GBT 11073-1989。本标准由中国有色金属工业协会提出。本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会归口。本标准起草单位：峨嵋半导体材料厂。本标准主要起草人：梁洪、覃锐兵、王炎。本标准所代替标准的历次版本发

4、布情况为：GBT 110731989。硅片径向电阻率变化的测量方法GBT 11073-20071范围本标准规定了用直排四探针法测量硅单晶片径向电阻率变化的方法。本标准适用于厚度小于探针平均间距、直径大于15 mm、电阻率为110。ncm3X103 ncm硅单晶圆片径向电阻率变化的测量。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GBT 1552硅、锗单晶电阻率测定直排四探

5、针法GBT 2828(所有部分)计数抽样检验程序GBT 6618-1995硅片厚度和总厚度变化测试方法GBT 12965硅单晶切割片和研磨片3方法提要根据要求选择四种选点方案中的一种，按GBT 1552的方法进行测量，并利用几何修正因子计算出硅片电阻率及径向电阻率变化。本标准提供四种测量选点方案。采用不同的选点方案能测得不同的径向电阻率变化值。4干扰因素41 四探针间距小于本标准规定的探针间距或测量高寿命样品时，应找出适当的电流范围用作电阻率测量。42掺杂浓度的局部变化也会引起沿晶体生长方向上的电阻率变化，而四探针测量的是局部电阻率平均值，这个值受样品纵向电阻率变化的影响；所以在硅片正面和背面

6、测量电阻率变化的结果可能不同。这种影响程度也与探针间距相关。43当探针位置靠近硅片边缘时，对测出的电压与电流比有明显的影响。根据电压与电流比和几何修正因子来计算局部电阻率。附录A中第A2章提供了探针间距为159 mm、测量点向硅片边缘移动015 mm时的局部电阻率误差量。对不同尺寸的硅片和测量点来说，这些误差量随着探针间距的减小而减小。44与硅片的几何形状有关的误差。441在靠近硅片参考面位置上测量或在硅片背面及其周围导电的情况下测量均会产生误差。442没有按硅片实际直径计算修正因子，则会增加几何修正因子的误差。当测量时探针距边缘6 mm以上，采用标称直径引起的误差可以忽略不计。443硅片厚度

7、直接影响所测的电阻率。当硅片的局部厚度偏差为GBT 12965允许的最大值或13Lm时，附录A中第A2章给出了局部电阻率的误差量。如果要精确地测量局部电阻率，则应测量每个测量位置的厚度并计算该位置的电阻率，或使用厚度变化较小的硅片，或采用较厚的硅片。1GBT 1 1 0732007444在抛光面上测量，一般也能得到符合要求的结果。由于抛光面导电或表面复合速率低，可能造成误差，仲裁时必须在研磨面上测量。5仪器设备51 GBT 1552规定的仪器设备装置。探针间距为100 mm或159 mm。52样品架应具有平移和旋转360。功能。平移精度为J_015 mm，旋转精度为5。6试验样品61 按GBT

8、 2828的计数抽样方案或商定的方案抽取样品。62按GBT 1552中的规定制备样品。63如果硅片没有参考面，则应在硅片背面圆周上作一参考标记，在测量时用该标记代替硅片的主参考面对硅片进行定位。64找出任意三条相交454且不与硅片参考面相交的直径。测量并记下该样品直径。如果这三条直径长度都在GBT 12965规定的直径偏差范围以内，则以标称直径为直径值；否则以三个测量的平均值为直径值。65根据器件用途、晶体生长工艺、掺杂剂种类以及所需的电阻率范围，从四种选点方案中确定种方案来测量硅片径向电阻率变化(见图1)。注l：各图的底部平面表示主参考面(见71条)；注2：每条短线段表示直排四探针测量点位置

9、，垂直于硅片直径；数字表示四探针测量顺序。3对于厚度大于本标准规定的硅片，建议拄GBT 1552的方法测量各测量点的电阻率并用本方法计算硅片径向电阻率变化。图1 四探针测量径向电阻率变化的选点方案GBT 11073-2007651选点方案A小面积十字型，测量六点：在硅片中心点测两次，在两条垂直直径的半径中点(R2)处各测量一点。652选点方案B大面积十字型，测量六点：在硅片中心点测两次，在两条垂直直径距硅片边缘6 mm处各测量一点。653选点方案c小面积及大面积十字型，测量十点：在硅片中心点测两次，在两条垂直直径的半径中点(R2)处各测量一点，距硅片边缘6 mm处各测量一点。654选点方案D一

10、条直径上的高分辨型：在硅片中心点以及中心与直径两端的距离之间，以2 mm间隔在尽可能多的位置上进行测量。66用GBT 6618中规定的厚度仪，在选点方案c(见图1中c)的九个点测量并记录各点厚度。7测量步骤71 调整样品，使第一条测量的直径位于垂直于主参考面的直径或通过参考标记的直径沿逆时针方向旋转30。的位置(见63条和图1)。仲裁测量时，要记下相对于参考面或参考标记的各测量点位置。72选定一种选点方案(见65条和图1)。73如果需要电阻率的绝对值，则应测量并记录样品的温度。74按选定的选点方案进行测量。741将四探针置于被测样品表面，使四探针的排列直线垂直于经过测量点的半径，四探针直线的中

11、点在测量点015 mm范屡以内。742按GBT 1552的要求，测量正向和反向电阻率。743如果硅片是非标称直径，则须记录样品中心到四探针直线中点的距离。8测量结果的计算81对每一个测量位置进行以下计算。811按GBT 1552中的计算方法计算并记下电阻率的平均值。812对标称直径硅片(见64条)，则根据表1确定修正因子R的值。813非标称直径的硅片及探针间距不为100mm或159mm时，按附录A中第A3章进行修正。814如果需要电阻率的绝对值，则可按GBT1552中634条的规定计算该温度下的样品电阻率。如果需要随位置变化的电阻率，则温度的修正可以忽略不计。在测量过程中，如果样品温度变化不大

12、于2，引起计算电阻率变化的误差不大于2。82对选点方案A、B或c，按式(1)、式(2)计算径向电阻率平均百分变化()和最大百分变化()。平均百分变化一云垦100 (1)式中：R硅片中心点测得的两次电阻率平均值，ocm；n硅片半径中点或距边缘6 mm测得四个电阻率平均值，0cm。3GBT 110732007最大百分变化一云鱼100式中：“同式(1)；风与中心点测试值相差最大的非中心点测试值，ncm。83对选点方案D，按式(3)计算径向电阻率最大百分变化()。最大百分变化一堕云血100式中：阳测得的最大电阻率值，ncIil；风测得的最小电阻率值，0cm。9精密度91径向电阻率变化测量的精密度，直接

13、取决于电阻率测量的精密度。如果认为探针的位置和硅片的直径都是合适的，而单个电阻率测量的精密度是误差的原因，那么，径向电阻率变化的精密度由附录A中表A1给出。92电阻率值计算的误差，是由修正因子F2的误差引起，F2的误差是由探针的位置误差、硅片直径误差或硅片厚度误差引起。当探针间距不大于159 mm时，以上因素引起的误差都不会超出附录A中A2章给出的数值。10试验报告101试验报告应包括以下内容：样品编号；操作者；日期；选择的选点方案；测量电流值，mA；探针间距，mm；硅片直径，mm；采用选点方案A、B或c，要报告径向电阻率的平均百分变化和最大百分变化(见82条)；采用选点方案D，要报告径向电阻

14、率的最大百分变化(见83条)。102如有特殊要求，报告还包括：硅片每个测量点的电阻率，0cm；测量时该硅片温度、测量点顺序(见图1)。103如进行仲裁测量，应画出测量点位置图。标明测量直径和参考标记。GBT 11073m2007表1几何修正因子F2 单位为毫米对标称直径圆片和探针间距为1oo mrn的修正因子R硅片标称直径 508 762 1000 1250 1500 2000测量点 选点方案A、B、c中心 4517 4526 4528 4530 4531 4531R2 4506 4520 4525 4528 4529 4531离边缘6mm处 4448 4455 4458 4460 4461

15、4462测量点与片子中心之间距离 选点方案D0 4517 4526 4528 4530 4531 45312 4517 4526 4528 4530 4531 45314 4516 4525 4528 4530 4531 45316 4515 4525 4528 4530 4531 45318 4514 4525 4528 4530 4531 453110 4511 4524 4528 4530 4531 453112 4507 4524 4528 4530 4531 453114 4501 4523 4528 4530 4530 453116 4491 4522 4527 4529 4530

16、 453118 4472 4521 4527 4529 4530 453120 4401 4520 4527 4529 4530 453122 4311 4517 4526 4529 4530 453124 3696 4514 4526 4529 4530 453126 4504 4525 4529 4530 453128 4501 4524 4528 4530 453130 4486 4523 4528 4530 453132 4457 4521 4528 4530 453l34 4280 4519 4528 4530 453136 4066 4515 4527 4529 453138 22

17、83 4510 4526 4529 453140 4502 4525 4529 453142 4488 4524 4529 4531 。44 4458 4522 4528 453l46 4377 4520 4528 453148 403 4517 4527 453150 4513 4527 453152 4506 4 526 453154 4494 4525 453056 4469 4523 453058 4409 4522 453060 4188 4519 453062 4515 453064 4505 453066 4499 452968 4478 452970 4432 452972 4

18、281 452874 3368 452876 452778 452680 452582 452384 452l86 451888 451390 450692 449294 446296 438498 40475GBT 11 073-2007表1(续) 单位为毫米对标称直径圆片和探针间距为159 mm的修正因子F2硅片标称直径 508 762 1000 1250 1500 2000测量点 选点方案A、B、C中心 4494 4515 4522 4526 4528 4530R2 4466 4502 4515 4521 4525 4828离边缘6mm处 4428 4345 4353 4357 4530

19、 4363测量点与片子中心之间距离 选点方案D0 4494 4515 4522 4526 4528 45302 4494 4515 4522 4526 4528 45304 4492 4515 4522 4526 4528 45306 4490 4514 4522 4526 4528 45308 4486 4513 4522 4526 4528 453010 4479 4513 4522 4526 4528 453012 4470 4512 4521 4526 4528 453014 4455 4510 4521 4525 4528 453016 4430 4507 4520 4525 452

20、8 453018 4386 4504 4519 4525 4527 4，53020 4291 4500 4518 4524 4527 453022 4041 4494 4517 4524 4527 453024 3169 4486 4516 4524 4527 453026 4474 4514 4523 4527 453028 4454 45ll 4522 4526 452930 4420 4508 4522 4526 452932 4350 4504 452l 4526 452934 4182 4498 4520 4525 452936 3635 4490 4518 4525 452938

21、4478 4516 4524 452940 4458 4514 4524 452942 4423 4512 4523 452944 4353 4508 4522 452946 4178 4503 4521 452848 3596 4495 4520 452850 4484 4518 452852 4467 4516 452854 4437 4513 452756 4380 4510 452758 4245 4505 452760 3828 4499 452662 4489 452664 4474 452566 4449 452568 4401 452470 4295 452372 3990 4

22、52274 2888 452076 451978 451680 451382 450984 450488 449686 448590 446692 443294 436396 419l98 3614注：各栏中标有直线的值是相对于6 mm或近边缘的修正值。6附录A(规范性附录)硅片径向电阻率变化偏差的计算A1 根据各次电阻率测量值的偏差来计算径向电阻率变化的偏差GBT 1 1073-2007A11本计算方法用于估计82条或83条中计算径向电阻率变化测量预期的精密度，径向电阻率的变化是由各个不同的测量位置测得的电阻率的变化率引起的。表A1给出了一些典型测试情况的计算结果。A111此处不考虑由于探针

23、位置、硅片直径及硅片厚度的误差所造成的各次电阻率测量的误差。在不同的实验室或在同一实验室进行重复测量时，由于这些误差，会得到电阻率显著不同的径向变化估计值y。假如考虑这些误差，使用式(A5)的结果就没有意义。A112附录A2列出了极端情况下，探针位置、硅片直径和硅片厚度的误差对各次电阻率测量的影响。A12变化关系的推导，电阻率的相对径向变化为一个分数，它可以用式(A1)来表示：y一些二鱼n式中：y电阻率相对径向偏差；式(1)中的“、式(2)中的或式(3)中的尸M，ncm；n式(1)或式(2)中的Pc或式(3)中的Pm，0cm。公式(A1)可以写成下面的形式：y一(t耋B声，参)一 c们，式中：

24、J在符号胁位置上进行的测量次数5在符号n位置上进行的测量次数5B在位置i上测量的电阻率数值，Qcm。然后可得：椰，一髫(髻)2瞅B， c A。，式中：矿(y)由式(1)、式(2)或式(3)得到的径向电阻率变化测量的偏差；矿(n)Pf的测量偏差。把P2m写作r，代人公式(A2)，在进行公式(A2)的累加就得到：加，一警(手+譬)此处，已经假设所有的矿(pi)值都等于矿(p)。7GBT 11 073-2007用(p)表示各次电阻率测量值的相对标准偏差(百分率)，则各次电阻率测量值的绝对标准偏差a(p)表示为：嘶，一鹳。晋为了消去样品本身电阻率的影响，式(A4)可以改写为式(A6)椰，一(涨)2(手

25、+妄)(A5)A13径向电阻率变化测量的结果的完整表达式，由所计算的径向电阻率变化结合它在95置信度及2a值表示为式(A7)，单位为：y2d(y)100 (A7)A14硅片径向电阻率变化偏差的计算示例示例1：设在同一实验室内，在一硅片上用A或B方案选点，测得Pl和问的电阻率差值为25；各次电阻率测量的相对偏差(P)为o5，即：Y一025；r一125；(P)一o5；j一4；k一2。将这些数值代人式(A6)，得到：一(y)一(o5100)2-(14)+(125)22)d(y)一士0005 082a(y)一土0010 2式中：一(y)径向电阻率变化测量的标准偏差估计值。于是，标明了不确定性的电阻率变

26、化最终表示为：y土2d(y)100一(25士102)示例2：设样品的相对径向电阻率变化为Y一001，而(P)、J、k值都与例1相同，由公式(A6)得：一(1r)一U05100)。(14)+(1o)2zd(y)一o004 362a(y)一o008 72于是径向电阻率变化的最终表达式为：Y士2a(Y)lOO)一(1士o87)A15在各次电阻率测量中，作为独立参数标出被测量值的不确定性或标准偏差与百分数来表示其不确定性是等效的，但从表A1中可以看出：在相对电阻率变化y值小时，对电阻率测量的某一标准偏差，其径向变化的绝对标准偏差近似为一与电阻率径向变化量无关的常数。但是，用径向变化百分数来表示的相对标

27、准偏差却表明测试的质量在降低。这种情况下，把径向电阻率变化的不确定性表示为径向变化的百分数是不恰当的。8表A1径向电阻率变化的精密度GBT 11073-2007用两倍标准偏差表示的精密度20(Y)一4，一2 j一8，k一4(P)Y一001 Y一005 Y一010 Y一025 Y一050 y一001 y一005 Y一010 y一025 Y一05005 0008 7 0009 0 0009 2 0010 2 O011 7 0006 2 0006 3 0006 5 0007 2 0008 310 0017 4 0017 9 0018 5 0020 3 0023 5 0012 3 0012 7 001

28、31 0014 4 0016 615 0026 2 0026 9 0027 7 0030 5 0035 2 0018 5 0019 0 0019 6 0021 5 0024 920 0034 9 0035 8 0037 0 0040 6 0046 9 0024 7 O025 3 0026 2 0028 7 0033 225 0043 6 0044 8 0046 2 0050 8 0058 6 0030 8 0031 6 0032 7 0035 9 0041 5用两倍相对标准偏差表示的精密度2口(y)YlOOl一4一24 一8，女一4(尸)Y一001 Y一005 y一010 y一025 Y一05

29、0 y一001 y一005 Y一010 y一025 y一05005 87 18 93 41 23 62 13 65 29 1710 174 36 19 8 5 124 26 13 6 3415 261 54 28 12 7 186 39 20 9 5120 348 72 37 16 9 248 52 26 12 6825 435 90 46 20 12 310 65 33 15 858j一4和女一2是对应于一组选点方案A或B的数据。对于一个实验室测量，应用选点方案A或B的两组数据，或者两个实验室测量。应用方案A或B，且每个实验室提供一组数据时要选用j一8，一4。对于其他一些选点方案，根据电阻率

30、的最大值和最小值来计算径向变化，应按照公式(A2)根据、的定义来确定和女的值。假如取几组重复数据或采用多个实验室的结果，就要把y作为若干测得的相对径向变化yi的全部平均值，并按所用的测量组数以扩大j和的数值。A2由于探针位置误差与硅片几何尺寸误差引起的测量偏差表A21表A2给出了探针位置和直径偏差导致计算电阻率最大误差的例子。表A3给出了局部厚度偏离标称值时，所计算的电阻率中最大误差例子。A3修正因子F2的计算F2的计算公式：F2一鑫击 (A8)式中：l 1 al。q2啦一面“瓦_i5al(，2一y1)2+(M1+“2)2；口2(V乙+V1)2+(“l+“2)2；(V2一y1)2+(“1-U2

31、)2；屯(U+V1)2+(“1-U2)2；q-一3赤；S毗面i。GBT 11 073-2007一(会)2一(导)(熹)2D,-(，+含)2+(i9八瓦S)2；D2(，+含)2+(i1八百S)2。S、R、A的表示如图A1所示。s探针问距；R硅片半径；探针至硅片中心距离。图A1 S、R、A的表示表A2 由探针位置和直径的公差导致的电阻率最大误差标称直径mm 探针位置 选点方案 E。A BB E。C。508 硅片中心 A、B、C、D 00 00 00508 R2 A、C 00 01 01508 离边缘6mm B、C 02 03 05508 离中心20 rrma D 03 04 07508 离中心22

32、mm D 09 11 20508 离中心24mm D 38 49 88762 硅片中心 A、B、C、D 00 00 00762 R2 A、C 00 00 00762 离边缘6mm B、C 02 04 07762 离中心32mm D 02 04 07762 离中心34mm D 05 12 18762 离中心36 rnm D 22 49 751000 硅片中心 A、B、C、D 00 0O 0010表A2(续)GBT 1 1073-2007标称直径mm 探针位置 选点方案 E。A BB。 BCc1000 RZ A、C 00 00 001000 离边缘6mm B、C O2 03 05i000 离中心4

33、6irlm D 06 10 161000 离中心48mm D 25 44 691250 硅片中心 A、B、C、D 00 00 001250 R2 A、C OO OO 0O1250 离边缘6mm B、C 02 03 051250 离中心58mm D 03 07 111250 离中心60mm D 15 29 44150O 硅片中心 A、B、C、D 0O 00 001500 R2 A、C 00 00 001500 离边缘6mm B、C 02 02 041500 离中心70mm D O3 08 061500 离中心721111 D 1_3 05 191500 离中心74mm D 44 22 66200

34、0 硅片中心 A、B、C、D O0 00 002000 RZ A、C 00 00 002000 离边缘6mm B、C、D 02 01 022000 离中心96mm D 09 05 092000 离中心98mm D 37 19 373如探针向硅片边缘位移015 mill，利用表1中的修正因子计算得到的局部电阻率误差值。b如硅片的直径为GBT 12965中偏差允许的最小值，利用表1中的修正因子计算得到的局部电阻率误差值。如探针向硅片边缘位移o15 mm，并且硅片的直径为GBT 12965中偏差允许的最小值，利用表i中的修正因子计算得到的局部电阻率误差值。表A3硅片局部厚度变化引起的计算电阻率误差硅片标称直径mm 厚度变化pm 误差508 13 51762 13 3，71000 13 221250 13 2Z1500 13 202000 13 18