ICS 77.040 H 17 中华人民共和国国家标准 GB/T35306—2017 硅单晶中碳、氧含量的测定 低温傅立叶变换红外光谱法 Test method for carbon and oxygen content of single crystal silicon- Low temperature fourier transform infrared spectrometry 2017-12-29发布 2018-07-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T35306—2017 前言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会（SAC/TC203）与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（SAC/TC203/SC2）共同提出并归口。 本标准起草单位：昆明冶研新材料股份有限公司、江苏中能硅业科技发展有限公司、宜昌南玻硅材 料有限公司、新特能源股份有限公司、亚洲硅业（青海）有限公司、青海黄河上游水电开发有限责任公司 新能源分公司、陕西天宏硅材料有限责任公司。 本标准主要起草人：张云晖、韩小月、毛智慧、赵建为、刘晓霞、王桃霞、田洪先、刘明军、银波、刘国霞、 蔡延国、秦榕、童孟、钱津旺、杨红燕。 GB/T35306—2017 硅单晶中碳、氧含量的测定 低温傅立叶变换红外光谱法 1范围 本标准规定了低温傅立叶变换红外光谱法测定硅单晶中代位碳、间隙氧杂质含量的方法。 本标准适用于室温电阻率大于0.1α2·cm的N型硅单晶和室温电阻率大于0.5α：cm的P型硅 单晶中代位碳、间隙氧杂质含量的测定。 本标准测定碳、氧含量的有效范围从5×101*atoms·cm-3（0.01ppma）到硅中代位碳和间隙氧的 最大固溶度。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T6618 硅片厚度和总厚度变化测试方法 GB/T8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定 GB/T14264半导体材料术语 GB/T29057 用区熔拉晶法和光谱分析法评价多晶硅棒的规程 ASTME131分子光谱有关术语（Standardterminologyrelatingtomolecularspectroscopy） 3术语和定义 GB/T14264和ASTME131界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 背景光谱backgroundspectrum 在红外光谱仪中，无样品存在的情况下使用单光束测量获得的谱线，通常包括氮气、空气等信息。 3.2 参比光谱reference spectrum 参比样品的光谱。对于双光束仪器，参比光谱是直接将参比样品放置于样品光路，让参比光路空着 获得的，对于傅立叶变换红外光谱仪及其他单光束仪器，参比光谱是将参比样品的光谱扣除背景光谱后 得到的结果。 3.3 样品光谱samplespectrum 测试样品的光谱。对于双光束仪器，样品光谱是直接将样品放置于样品光路，让参比光路空着获得 的，对于傅立叶变换红外光谱仪及其他单光束仪器，样品光谱是将样品的光谱扣除背景光谱后得到的 结果。 3.4 基线baseline 从测量图谱中碳、氧吸收峰的两侧最小吸光度处作出的一条切线。用来计算吸收系数α和吸收峰 面积。 1 SZG GB/T35306—2017 4方法提要 将硅单晶样品冷却到低于15K温度下，用红外光束直接透射样品，采集吸收光谱，采用参比法，根 据硅中代位碳原子在波数607.5cm处的红外吸收峰的吸收系数确定碳含量、硅中间隙氧原子在波数 5干扰因素 5.1在碳、氧的吸收谱带位置均存在硅晶格吸收振动谱带，该吸收振动谱带会影响碳、氧的测定；应采 用碳、氧含量小于5X1014atoms·cm-3（0.01ppma）的区熔硅单晶片作为参比样品，且参比样品与测试 样品的厚度应尽可能一致，以消除硅晶格吸收振动谱带的影响 5.2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。 5.3测试样品和参比样品应尽可能地保持相同的温度，以避免与温度有关的晶格吸收对测试结果的 影响。 5.4为了获得较好的红外吸收光谱，要求样品双面抛光，具有良好的光学表面，样品表面抛光方法应 一致。 5.5代位碳、间隙氧的红外光谱吸收峰位置和标定因子随着温度而变化，温度不同，对应的吸收峰位置 和标定因子也不同，参见附录A。 5.6在低温条件下，可以一定程度上抑制自由载流子的吸收，但是对于重掺杂的硅单晶，自由载流子浓 度很高，由于严重的载流子吸收的影响，也很难测量硅的红外吸收光谱。 6试剂和材料 6.1无水乙醇：优级纯。 6.2氮气：体积分数≥99.9%，露点<一40℃。 6.3氮气：体积分数≥99.999%。 7仪器 7.1低温傅立叶变换红外光谱仪：具有用于波数250cm-1～1300cm-的光学部件和检测器，15K温 度下光谱仪分辨率应达到1cm-或更佳。 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。 7.3千分尺或其他适用于测量样品厚度的设备，精度为0.001mm 8试样 8.1将硅单晶切割成硅单晶样片，双面研磨，采用机械或化学方法双面抛光至镜面。 8.2加工后的样品两个面测试区域厚度变化应不大于0.05mm，表面应无氧化层 8.3制备好的样品厚度在2.0mm~4.0mm之间，直径适合样品架大小。 8.4对于多晶硅样品，应参照GB/T29057或其他方法预先制备成硅单晶。 2 GB/T35306—2017 9 参比样品 选取碳、氧原子含量小于5X1o14atoms·cm-3（0.01ppma）的区熔硅单晶片作为参比样品。参比 样品的制备和要求与测试样品相同，应满足第8章中的要求。 10 分析步骤 10.1用无水乙醇将样品表面擦干净。 10.2 按GB/T6618的规定测量样品厚度，精确至0.001mm，并记录样片厚度d。 10.3将样品装人到样品架上，再将样品架固定在样品室内。 10.4设置仪器参数，通过仪器配置的低温恒温装置将样品冷却至低于15K温度下。 10.5 运行分析程序，对空光孔进行扫描，采集背景光谱：对参比样品进行扫描，采集参比光谱；对待测 样品进行扫描，采集待测样品光谱。采用参比法计算代位碳、间隙氧的含量。 10.6 代位碳、间隙氧的吸收峰位置见表1，红外谱图见图1和图2。 表1代位碳、间隙氧的吸收峰位置 元素 峰位置/cm 碳 607.5 氧 1136.3 8 吸光度 00 580 600 620 640 波数/cm 1 图1 代位碳的低温红外谱图 吸光度 0.350 1 100 1120 1.140 1 160 波数/cm-. 图2 间隙氧的低温红外谱图 3