ICS77.040 CCSH21 中华人民共和国国家标准 GB/T14847—2025 代替GB/T14847—2010 重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的测试 红外反射法 Testmethodforthicknessoflightlydopedsiliconepitaxiallayersonheavilydoped siliconsubstrates—Infraredreflectancemethod 2025-10-31发布 2026-05-01实施 国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会发布前 言 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 本文件代替GB/T14847—2010《重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的红外反射测量方法》,与 GB/T14847—2010相比,除结构调整和编辑性改动外,主要技术变化如下: a) 更改了适用范围(见第1章,2010年版的第1章); b) 更改了方法原理(见第4章,2010年版的第4章); c) 更改了干扰因素(见第5章,2010年版的第5章); d) 增加了试验条件(见第6章); e) 更改了仪器设备(见第7章,2010年版的第6章); f) 更改了样品(见第8章,2010年版的第7章); g) 更改了试验步骤(见第9章,2010年版的第8章); h) 更改了试验数据处理(见第10章,2010年版的第9章); i) 更改了精密度(见第11章,2010年版的第10章); j) 更改了试验报告(见第12章,2010年版的第11章)。 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专利的责任。 本文件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。 本文件起草单位:浙江金瑞泓科技股份有限公司、有色金属技术经济研究院有限责任公司、南京盛 鑫半导体材料有限公司、中电晶华(天津)半导体材料有限公司、山东有研艾斯半导体材料有限公司、 西安龙威半导体有限公司、浙江大学、麦斯克电子材料股份有限公司、布鲁克(北京)科技有限公司、珀金 埃尔默企业管理(上海)有限公司、赛默飞世尔科技(中国)有限公司、上海优睿谱半导体设备有限公司、 青海沅平新能源科技有限公司。 本文件主要起草人:李慎重、张海英、李素青、许峰、梁兴勃、蒋玉龙、葛华、李明达、张宏浩、马林宝、 马向阳、刘丽娟、贺东江、赵跃、方伟宇、李云鹏、庄育军、韩云霄、雷浩东、袁文战。 本文件于1993年首次发布,2010年第一次修订,本次为第二次修订。 ⅠGB/T14847—2025 重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的测试 红外反射法 1 范围 本文件描述了红外反射法测试重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的方法。 本文件适用于电阻率为0.0006Ω·cm~0.025Ω·cm的衬底上制备的厚度大于0.5μm的硅外延 层厚度的测试。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;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/T6379.2—2004 测量方法与结果的准确度(正确度与精密度) 第2部分:确定标准测量方 法重复性与再现性的基本方法 GB/T14264 半导体材料术语 GB/T25915.1—2021 洁净室及相关受控环境 第1部分:按粒子浓度划分空气洁净度等级 3 术语和定义 GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 折射率 refractivity 入射角的正弦相对折射角的正弦的比率。 注:入射角和折射角是指表面法线和红外光束的夹角。对电阻率大于0.1Ω·cm硅材料,当波长范围为6μm~ 40μm时,相对空气的该比值为3.42,该值由斯涅尔(Snell)定律求出。 4 方法原理 红外入射光接触外延层表面后,穿透外延层到达衬底,在外延层的上下界面分别发生反射和折 射,总反射光是这两部分反射光的叠加。因为光的波动性,这两部分反射光的相位可能干涉相长或干涉 相消,而相位关系取决于这两部分的光程差。光程差是由外延层厚度、外延层与衬底光学常数、光的波 长、红外光在外延层上的入射角和外延层折射率决定的。 当光程差等于半波长的偶数倍时,两组反射光相位相同,则干涉相长,即呈现反射光谱的极大值波 峰位置;相反,光程差是半波长的奇数倍时,两组反射光相位相反,则干涉相消,即呈现反射光谱的极小 值波谷位置。 干涉图谱被仪器探测器记录并转化为反射光谱,样品反射光谱中出现连续极大极小干涉条纹特征 谱现象,根据反射光谱中干涉条纹的极值波数、外延层与衬底光学常数和红外光束在样品上的入射 角,即可计算出外延层厚度。 1GB/T14847—2025 5 干扰因素 5.1 样品表面大面积晶格不完整,钝化层、外延层的表面损伤等导致反射率较低时,影响测试结果。 5.2 掩模孔材料、孔径大小以及探测器探测到的杂散光影响测试结果。 5.3 静电、噪声、振动及温湿度稳定性等测试环境影响测试结果。 5.4 红外光源和激光管的光源衰减导致光强降低达不到测试要求时,影响测试结果。 5.5 用于校准设备已知厚度的参考样品谱图,影响同样或相近厚度样品的测试结果。 5.6 外延层电阻率是衬底电阻率的5倍以内时,可引起反射光谱峰值振幅减弱,影响测试结果。 6 试验条件 测试应在下列环境中进行: a) 温度:23℃±3℃; b) 相对湿度:(40±10)%; c) 空气洁净度:不低于GB/T25915.1—2021中规定的ISO5级。 7 仪器设备 7.1 红外光谱仪 7.1.1 波长范围为2μm~20μm,推荐使用的波长范围为6μm~20μm。 7.1.2 波长重复性不大于0.05μm。 7.1.3 波长精度为±0.05μm。 7.1.4 分辨率不低于4cm-1。 7.2 仪器附件 7.2.1 光学反射附件:入射角不大于30°。 7.2.2 掩模孔:透光孔径不大于8mm。 7.2.3 样品台:对样品外延层不造成损伤。 7.2.4 水冷系统:冷却水流量为1L/min±0.1L/min,温度为19.5℃±2℃。 8 样品 样品表面应清洁干燥,除自然氧化层外无钝化层。 9 试验步骤 9.1 仪器校准 9.1.1 用厚度为30μm~50μm的聚苯乙烯膜做标样,以标样的1601.6cm-1峰为测量参考峰,按 GB/T6379.2—2004所确定的仪器波长重复性和精度对应分别满足7.1.2和7.1.3的要求。 9.1.2 将光学反射附件置于光路中,测量100%线,其峰谷值应小于8%。 2GB/T14847—2025 9.2 测试 9.2.1 选取具有镜面全反射功能的专用参考样品,放入载台,完成参考样品光谱的采集和设置。 9.2.2 将待测样品放入载台,进行样品谱图的数据采集和分析。获得的反射光谱图见图1。峰值振幅 与噪声振幅比应不小于5。 9.2.3 确定反射光谱中每个极值的波数时,可通过计算极大值下面或极小值上面满刻度3%处的水平 线与反射光谱相交的截距平均值的方法,以减少极值较宽难以确定的情况。 9.2.4 设备系统自动计算得出样品的硅外延层厚度。 图1 典型n型硅样品的反射谱图 10 试验数据处理 10.1 根据公式(1)将反射光谱中极值波数转换为波长。 λi=10000 vi…………………………(1) 式中: λi———第i个极值波长,单位为微米(μm); vi———第i个极值波数,单位为每厘米(cm-1)。 10.2 考虑到光束从空气绝缘界面反射情况,根据公式(2)求出最大和最小极值级数。 P2=mλ1 λ1-λ2+1 2-ϕ21λ1-ϕ22λ2 2π(λ1-λ2)…………………………(2) 3GB/T14847—2025 式中: P2———波长λ2对应的干涉振幅的极值级数,四舍五入取整数或半整数值; m———涉及的相关极值的级数差,取整数或半整数值; λ1———干涉图谱中极值波数v1对应的波长,单位为微米(μm); λ2———干涉图谱中极值波数v2对应的波长,单位为微米(μm); ϕ21———波长λ1在B点相位移,可通过附录A的表A.1和表A.2计算得到; ϕ22———波长λ2在B点相位移,可通过表A.1和表A.2计算得到。 10.3 对图1典型n型硅样品的反射光谱数据进行分析计算,当λ1和λ2分别取15.24μm和10.10μm 时,级数差m=3.5。 10.4 硅相位移见附录A,已知样品的衬底电阻率ρ=0.003Ω·cm,通过λ1和λ2从表A.1查出对应 的n型硅相位移,计算出ϕ21/2π=0.192和ϕ22/2π=0.106。如果是p型硅,相关数据见表A.2。 10.5 将上述结果代入公式(2)并对计算出的级数P2进行四舍五入处理,极大值取整数,极小值取半整 数,可求得级数P2=10.5。 10.6 计算出一个级数后,按图1所示的波长λn递增顺序重新排列极值编号,并对应按级数递减的顺 序求得其余的极值级数Pn,见表1。 10.7 再根据ρ和λn查表A.1并计算出对应的相位移ϕ2n/2π,如表1中所示。 10.8 将图1采用的入射角θ=22°以及上述求出的数据代入公式(3),求得极大值和极小值对应的外延 层厚度Tn,列入表1中。 Tn=Pn-1 2+ϕ2n 2πé ëêêù ûúú·λn 2n2 1-sin2θ…………………………(3) 式中: Tn———外延层厚度,单位为