ICS 77.040 CCS H 17
中华人民共和国国家标准
GB/T 24581—2022 代替GB/T 24581—2009
硅单晶中Ⅲ、Ⅴ族杂质含量的测定低温傅立叶变换红外光谱法
Test method for Ⅲ and V impurities content in single crystal silicon—Low temperature FT-IR analysis method
2022-10-01实施2022-03-09发布
国家市场监督管理总局发布
国家标准化管理委员会
GB/T 24581—2022
硅单晶中Ⅲ、Ⅴ族杂质含量的测定低温傅立叶变换红外光谱法
1 范围
本文件描述了用低温傅立叶变换红外光谱法测定硅单晶中Ⅲ、V族杂质含量的方法。
本文件适用于硅单晶中的Ⅲ、Ⅴ族杂质铝（Al）、锑（Sb）、砷（As）、硼（B）、镓（Ga）、铟（In）和 磷（P）含量的测定，各元素的测定范围（以原子数计）为1.0×10l℃m-3～4.1×10l*cm-3。
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/T8322 分子吸收光谱法 术语GB/T 14264 半导体材料术语
GB/T 29057 用区熔拉晶法和光谱分析法评价多晶硅棒的规程
3 术语和定义
GB/T 8322、GB/T 14264界定的术语和定义适用于本文件。
4 方法原理
将硅单晶样品冷却至15K以下，此时红外光谱主要是由杂质元素引起的一系列吸收谱带。用一个连续白光光源照射样品，使其光线能量大于补偿杂质的能带。将红外光束直接透射样品，采集透射光谱，该光谱扣除背景光谱后转化为吸收光谱，在杂质元素特征吸收谱带上建立基线并计算其吸收谱带面积。根据通用吸收定律及本文件给出的Ⅲ、Ⅴ族杂质元素校准因子计算出Ⅱ、Ⅴ族杂质元素的含量。
5 干扰因素
5.1 为消除自由载流子的影响，样品应冷却至15K以下测量Ⅲ、V族杂质元素。将样品固定在冷头上时，样品和冷头之间应保持良好的接触，以获得较高的热传导效率。氧在1136cm~+和1128cm~l的吸收谱带对温度十分灵敏，可用于判断样品温度。当样品温度高于15K时，氧在1136cm~+的吸收强度是1128cm-1吸收强度的3倍；而低于15K时，其比率将大于3。
5.2 如果没有足量连续的白光，补偿的施主和受主将不产生吸收，故应有足够强度的白光以完全抵消所有施主和受主的补偿。可通过逐步增加仪器白光强度来确定Ⅲ、Ⅴ族杂质吸收峰的面积或高度不再受光强增加影响的最佳白光强度。
GB/T 24581——2022
5.3 水蒸气吸收谱会干扰数个吸收谱的测量，应除去光路中（含样品室）的水汽，更换样品时，应保证样品室和光路中的其他部分不受水汽的影响，并且在测量时应先采集背景光谱。
5.4 直拉硅单晶中氧含量较高时，将产生热施主吸收谱线。这些谱线在400cm~+～500cm~+之间，影响A1（473 cm-1）、Ga（548cm-1）和As（382cm-1）的测量。氧的热施主影响可以通过退火的方法消除。5.5 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。
5.6 测量含量小于5.0×10l℃cm~》的杂质时，建议采用厚度5mm～20mm的样品及恒定低温检测器（低于15K，波动小于1K）进行检测，以消除干扰，提高测量的准确性。
5.7 较高的锑（Sb）含量会影响 B（319.6 cm~l）的吸收谱带，Sb的最强吸收谱带在293.6 cm~，次强吸收谱带则位于320cm-1。
5.8 磷（P）含量较高时，P（316cm~）的吸收谱带会出现削峰的现象，此时不能用该吸收谱带来计算磷（P）元素的含量。可采用磷（P）的次强吸收谱带P（275cm~l）来计算磷（P）元素的含量。
5.9 对于掺杂硅单晶，其掺杂元素较高的吸收峰会干扰其他元素的测量，因此不建议将本方法作为掺杂硅单晶中Ⅲ、Ⅴ族杂质元素的测量方法，并且本方法不能作为测定掺杂硅单晶中Ⅲ、Ⅴ族杂质元素的仲裁方法。
5.10 本方法采集的吸收谱带通常很尖锐，尤其是Ⅴ族元素，峰高值在不同仪器上难以重现，采用计算峰面积可最大限度地减少这种影响。
5.11 采用计算机计算吸收峰面积时，由于积分仪的限制，不能自由调整零点和基线，因而可能带来误差。
5.12 本方法是多晶硅质量的重要评价方法，但由于多晶的晶界严重影响样品的红外吸收，因此，本方法测试时应按照GB/T 29057规定的方法，将多晶硅转变成单晶硅后才可应用。
6 试剂和材料
氟化钙（CaF2）晶片，厚度5mm。
7 仪器设备
7.1 低温恒温箱，保证样品温度低于15K，可采用液氮（He）浸液式、交换式或封闭循环等方式冷却。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，如图1所示。
7.3 白光光源，如图1所示。