К. Н. БОЛДЫРЕВ, Н. Ю. БОЛДЫРЕВ

Институт спектроскопии РАН, Троицк

АНАЛИЗ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИМЕСЕЙ III и V ГРУПП
В ВЫСОКОЧИСТОМ КРЕМНИИ МЕТОДОМ ДЛИННОВОЛНОВОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

В работе была изготовлена опытная установка по низкотемпературному анализу концентрации электроактивных примесей методом фурье-спектроскопии высокого разрешения. Проведено исследование образцов высокочистого монокристаллического кремния с известной концентрацией электроактивных примесей. Была показана применимость метода для анализа углерода и кислорода в поликристаллическом кремнии.

В настоящее время весьма актуальным является вопрос анализа концентрации неконтролируемых примесей в высокочистом кремнии для солнечной энергетики и микроэлектроники. Основными примесями, затрудняющими использование кремния, являются кислород и углерод, а в случае полупроводниковых применений также электроактивные элементы III и V групп – бор, фосфор, мышьяк, алюминий и т. д. Наиболее точным методом является метод измерения спектров пропускания с высоким разрешением в дальней инфракрасной области спектра с нейтрализацией компенсируемых примесей фотонами большой энергии [1].

Нами была разработана и собрана опытная установка по анализу высокочистого кремния на основе фурье-спектрометра высокого разрешения Bruker IFS 125 HR, а также проведены исследования влияния электроактивных примесей III и V группы на спектр высокочистого кремния для полупроводниковой электроники. Анализ спектров позволил получить точные градуировочные параметры для вычисления концентрации электроактивных примесей, таких как бор, фосфор, мышьяк, индий и др. Результат анализа стандартных образцов высокочистого кремния различного типа проводимости с известными концентрациями бора и фосфора приведены в таблице 1.

Таблица 1. Исследование стандартизованных пластин монокристаллического кремния

Наименование

образца

Концентрация электроактивных примесей, ppta

С, О (ppba)

B

P

As

Al, Sb, Ga, In

C

O

Эталон, N-тип, 5.00мм,

B – 58 ppta, P – 211 ppta

56.3

207.4

0.15

0.00

74.5

0.0

Эталон, P-тип, 5.00 мм,

B – 140 ppta, P – 22 ppta

137.2

21.5

0.05

0.00

88.7

0.0

Кроме того, анализ концентрации углерода и кислорода, по существующим стандартам, возможен только на монокристаллических образцах [2,3]. При этом в промышленности необходимо анализировать концентрацию этих примесей ещё на этапе получения поликристаллического кремния. В работе была продемонстрирована возможность анализа углерода и кислорода не только в монокристаллических образцах кремния, но также и в поликристаллических.

Работа поддержана Министерством образования и науки РФ (соглашение № 000).

Список литературы

1. SEMI MF, Test Method for Low Temperature FT-IR Analysis of Single Crystal Silicon for III-V Impurities. North American Regional Standarts Committee, 2004.

2. SEMI MF, Test Method for Interstitial Oxygen Content of Silicon by Infrared Absorption With Short Baseline. North American Regional Standarts Committee, 2005.

3. SEMI MF, Test Method for Substitutional Atomic Carbon Content of Silicon by Infrared Absorption. North American Regional Standarts Committee, 2004.