GB/T 14847-2025 重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的测试 红外反射法

　　ICS 77. 040 CCS H 21

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 14847—2025代替 GB/T 14847—2010

　　重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的测试

　　红外反射法

　　Testmethod forthicknessoflightlydoped siliconepitaxiallayerson heavilydoped

　　silicon substrates—Infrared reflectancemethod

　　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

　　GB/T 14847—2025

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 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/T 14847—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/T 14847—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 。

　　Ⅰ

　　GB/T 14847—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. 0006 Ω · cm~0. 025Ω · cm 的衬底上制备的厚度大于 0. 5 μm 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/T 6379. 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/T 14264 半导体材料术语

　　GB/T 25915. 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/T 14264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. 1 Ω · cm 硅 材 料 , 当 波 长 范 围 为 6 μm~ 40 μm 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 。

　　1

　　GB/T 14847—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/T 25915. 1—2021 中规定的 ISO 5 级 。

　　7 仪器设备

　　7. 1 红外光谱仪

　　7. 1. 1 波长范围为 2 μm~ 20 μm ,推荐使用的波长范围为 6 μm~ 20 μm。

　　7. 1.2 波长重复性不大于 0. 05 μm。

　　7. 1.3 波长精度为 ±0. 05 μm。

　　7. 1.4 分辨率不低于 4 cm- 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 8 mm。

　　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 1 L/min±0. 1 L/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 30 μm ~ 50 μm 的 聚 苯 乙 烯 膜 做 标 样 , 以 标 样 的 1601. 6 cm-1 峰 为 测 量 参 考 峰 , 按GB/T 6379. 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% 。

　　2

　　GB/T 14847—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 。

　　…………………………( 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 。

　　P

　　3

　　GB/T 14847—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10,4(级)硅(数)相(差)位(m)5附。录 A, 已知样品的衬底电阻率 ρ= 0. 003 Ω · cm ,通过 λ1 和 λ2 从表 A. 1 查出对应

　　的10. 5(n)型将(硅)上(相)述(位)结(移)果,代(计)入(算)公(出)式(ϕ)21(2(/)2)对(0).计(19)算出(2和)的(ϕ)2级2/数(2π)2(0).进行(106)。四舍五入处理(如果是 p型硅),极,大值取(相关数)整(据)数(见)表,极(A)小.2值。取半整

　　数10,6(可)计(求)算(得)出(级)数一 个(P)2数(10)后.5。,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 。

　　层厚度 Tn ,列入表 1 中 。

　　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

　　Tn Pn

　　式中 :

　　Tn — 外延层厚度 ,单位为微米(μm) ;

　　Pn —λn 对应的极值级数 ,取整数或半整数值 ;

　　ϕ2n — 波长为 λn 的光在衬底界面反射后发生的相位移 ;

　　λn — 第 n 个极值波长 ,单位为微米(μm) ;

　　θ(n)1 —————— 外延层上光束(外延层折射率)入(射角(硅材)料,位1度.42(°)) ;。

　　10.9 对表 1 中所有外延层厚度计算平均值 T= 15. 00 μm。

　　表 1 典型 n 型硅样品外延层厚度计算结果

　　极值序号

　　λn

　　μm

　　ϕ2n /2π

　　Pn

　　Tn

　　μm

　　1

　　15. 24

　　0. 192

　　7. 0

　　14. 99

　　2

　　14. 21

　　0. 172

　　7. 5

　　14. 98

　　3

　　13. 33

　　0. 153

　　8. 0

　　15. 00

　　4

　　12. 52

　　0. 140

　　8. 5

　　14. 99

　　5

　　11. 83

　　0. 130

　　9. 0

　　15. 02

　　6

　　11. 19

　　0. 121

　　9. 5

　　15. 01

　　7

　　10. 62

　　0. 113

　　10. 0

　　15. 02

　　8

　　10. 10

　　0. 106

　　10. 5

　　15. 01

　　平均厚度μm

　　15. 00

　　4

　　GB/T 14847—2025

　　11 精密度

　　选取直径 150 mm , <100>晶向 ,p型硅衬底上沉积 n 型硅外延层 ,衬底电阻率小于 0. 01 Ω · cm ,外延层电阻率大于 0. 1 Ω · cm ,厚度分别为 2. 5 μm、5 μm、10μm、15μm、20μm、25μm、50μm 和 120μm的硅外延片样品在 3个实验室进行巡回测试 ,每个样品测试 9 次 。单个实验室测试的相对标准偏差应不大于 0. 5% ,多个实验室的相对标准偏差应不大于 8. 00 % 。

　　选取直径 150 mm , <100>晶向 ,n 型硅衬底上沉积 n 型硅外延层 ,衬底电阻率小于 0. 002 Ω · cm ,外延层电阻率大于 0. 01Ω · cm ,厚度分别为 2 μm、2. 5 μm、5 μm、10μm、20μm、50μm、100μm 和150 μm的硅外延片样品在 11个实验室进行巡回测试 ,每个样品测试 27次 。单个实验室的相对标准偏差应不大于 3% ,多个实验室的相对标准偏差应不大于 8. 00% 。

　　为评估外延层厚度 0. 5 μm~ 2 μm 时测试精度降低的情况 ,选取外延层厚度为 0. 94 μm 和 1. 6 μm的 2个样品 ,每个样品测试 9 次 ,单个实验室的相对标准偏差应不大于 2% , 多个实验室的相对标准偏差应不大于 10% 。

　　12 试验报告

　　试验报告应至少包括以下内容 :

　　a) 测试日期 ;

　　b) 操作者 ;

　　c) 测试设备及型号 ;

　　d) 样品名称及类型 ;

　　e) 样品编号 ;

　　f) 测试角度 ;

　　g) 试验条件 ;

　　h) 测试结果 ;

　　i) 本文件编号 。

　　5

　　GB/T 14847—2025

　　附 录 A

　　(资料性)

　　硅相位移 (ϕ/2π)

　　A. 1 n 型硅相位移(ϕ/2π)见表 A. 1。

　　表 A. 1 n 型硅相位移(ϕ/2π)

　　波长μm

　　衬底电阻率Ω · cm

　　0. 001

　　0. 002

　　0. 003

　　0. 004

　　0. 005

　　0. 006

　　0. 007

　　0. 008

　　0. 009

　　0. 010

　　0. 012

　　0. 014

　　0. 016

　　0. 018

　　0. 020

　　2

　　0. 033

　　0. 029

　　0. 028

　　0. 027

　　0. 027

　　0. 026

　　0. 025

　　0. 024

　　0. 023

　　0. 022

　　0. 020

　　0. 019

　　0. 017

　　0. 016

　　0. 021

　　4

　　0. 061

　　0. 050

　　0. 047

　　0. 046

　　0. 045

　　0. 043

　　0. 041

　　0. 039

　　0. 038

　　0. 036

　　0. 034

　　0. 031

　　0. 029

　　0. 027

　　0. 025

　　6

　　0. 105

　　0. 072

　　0. 064

　　0. 062

　　0. 060

　　0. 057

　　0. 055

　　0. 052

　　0. 050

　　0. 048

　　0. 044

　　0. 042

　　0. 039

　　0. 036

　　0. 033

　　8

　　0. 182

　　0. 099

　　0. 083

　　0. 078

　　0. 075

　　0. 071

　　0. 067

　　0. 064

　　0. 061

　　0. 059

　　0. 054

　　0. 051

　　0. 047

　　0. 043

　　0. 040

　　10

　　0. 247

　　0. 137

　　0. 105

　　0. 095

　　0. 090

　　0. 084

　　0. 079

　　0. 075

　　0. 071

　　0. 069

　　0. 063

　　0. 059

　　0. 055

　　0. 051

　　0. 047

　　12

　　0. 289

　　0. 183

　　0. 132

　　0. 115

　　0. 106

　　0. 098

　　0. 091

　　0. 084

　　0. 081

　　0. 078

　　0. 072

　　0. 067

　　0. 062

　　0. 057

　　0. 053

　　14

　　0. 318

　　0. 225

　　0. 164

　　0. 137

　　0. 124

　　0. 113

　　0. 104

　　0. 097

　　0. 092

　　0. 087

　　0. 080

　　0. 074

　　0. 069

　　0. 064

　　0. 059

　　16

　　0. 339

　　0. 258

　　0. 197

　　0. 163

　　0. 144

　　0. 129

　　0. 117

　　0. 109

　　0. 102

　　0. 097

　　0. 088

　　0. 082

　　0. 075

　　0. 070

　　0. 065

　　18

　　0. 355

　　0. 283

　　0. 226

　　0. 189

　　0. 166

　　0. 146

　　0. 131

　　0. 121

　　0. 113

　　0. 107

　　0. 096

　　0. 089

　　0. 082

　　0. 076

　　0. 070

　　20

　　0. 368

　　0. 303

　　0. 251

　　0. 214

　　0. 188

　　0. 165

　　0. 147

　　0. 134

　　0. 124

　　0. 117

　　0. 105

　　0. 096

　　0. 088

　　0. 081

　　0. 075

　　22

　　0. 378

　　0. 319

　　0. 272

　　0. 236

　　0. 209

　　0. 183

　　0. 163

　　0. 148

　　0. 136

　　0. 127

　　0. 113

　　0. 104

　　0. 095

　　0. 087

　　0. 081

　　24

　　0. 387

　　0. 333

　　0. 289

　　0. 255

　　0. 229

　　0. 202

　　0. 179

　　0. 162

　　0. 148

　　0. 138

　　0. 122

　　0. 111

　　0. 101

　　0. 093

　　0. 086

　　26

　　0. 394

　　0. 344

　　0. 303

　　0. 272

　　0. 246

　　0. 219

　　0. 196

　　0. 177

　　0. 161

　　0. 150

　　0. 131

　　0. 119

　　0. 108

　　0. 099

　　0. 091

　　28

　　0. 401

　　0. 353

　　0. 316

　　0. 286

　　0. 261

　　0. 235

　　0. 211

　　0. 191

　　0. 175

　　0. 161

　　0. 141

　　0. 127

　　0. 115

　　0. 104

　　0. 096

　　30

　　0. 406

　　0. 362

　　0. 326

　　0. 298

　　0. 275

　　0. 250

　　0. 226

　　0. 206

　　0. 188

　　0. 173

　　0. 150

　　0. 135

　　0. 121

　　0. 110

　　0. 101

　　32

　　0. 411

　　0. 369

　　0. 336

　　0. 309

　　0. 287

　　0. 263

　　0. 240

　　0. 219

　　0. 210

　　0. 185

　　0. 160

　　0. 143

　　0. 128

　　0. 116

　　0. 106

　　34

　　0. 415

　　0. 375

　　0. 344

　　0. 319

　　0. 297

　　0. 274

　　0. 252

　　0. 232

　　0. 213

　　0. 197

　　0. 170

　　0. 151

　　0. 135

　　0. 122

　　0. 112

　　36

　　0. 419

　　0. 381

　　0. 351

　　0. 327

　　0. 307

　　0. 285

　　0. 263

　　0. 243

　　0. 225

　　0. 209

　　0. 180

　　0. 160

　　0. 143

　　0. 129

　　0. 117

　　38

　　0. 422

　　0. 386

　　0. 357

　　0. 335

　　0. 315

　　0. 294

　　0. 273

　　0. 254

　　0. 236

　　0. 220

　　0. 191

　　0. 167

　　0. 150

　　0. 135

　　0. 123

　　40

　　0. 425

　　0. 391

　　0. 363

　　0. 341

　　0. 323

　　0. 302

　　0. 283

　　0. 264

　　0. 246

　　0. 230

　　0. 200

　　0. 178

　　0. 158

　　0. 141

　　0. 128

　　6

　　GB/T 14847—2025

　　A.2 p 型 Si相位移(ϕ/2π)见表 A. 2。

　　表 A.2 p 型 Si相位移(ϕ/2π)

　　波长μm

　　衬底电阻率Ω · cm

　　0. 001

　　0. 0015

　　0. 002

　　0. 003

　　0. 004

　　0. 005

　　0. 006

　　0. 007

　　0. 008

　　0. 009

　　0. 010

　　0. 012

　　0. 014

　　0. 016

　　0. 018

　　0. 020

　　2

　　0. 036

　　0. 034

　　0. 033

　　0. 033

　　0. 033

　　0. 034

　　0. 034

　　0. 033

　　0. 032

　　0. 031

　　0. 030

　　0. 028

　　0. 027

　　0. 025

　　0. 024

　　0. 024

　　4

　　0. 067

　　0. 060

　　0. 057

　　0. 055

　　0. 055

　　0. 055

　　0. 055

　　0. 054

　　0. 052

　　0. 050

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