Si–F與Si–OH鍵對硅電學性質(zhì)的影響(a) 理想硅表面、含Si–F鍵表面及含Si–OH鍵表面的幾何結(jié)構(gòu)(b) 三組模型的電子密度差分布；(c) 靜電勢分布

第一性原理計算表明，Si-F和Si-OH鍵會導致硅表面能帶向下彎曲。由于氟和羥基的電負性高于硅，與硅原子鍵合的氟和羥基周圍的電子密度偏向氟和羥基，導致硅原子帶正電。模擬結(jié)果與實驗觀察一致，表明HF處理后n型硅片表面形成載流子積累，而p型硅片表面出現(xiàn)耗盡甚至反型。

方法驗證與應用

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磨斜面后氫氟酸（Grinding-HF）處理后n型和p型硅片在200°C退火前后的電阻率分布

為驗證SRP 結(jié)合 HF 處理確定導電類型方法的準確性，對 p 型硅片進行熱施主生成退火（DGA，450°C，4h）處理，將其導電類型轉(zhuǎn)變?yōu)?n 型。對比處理前后 HF 處理硅的近表面電阻率分布發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)變?yōu)?n 型后的硅片近表面電阻率降低，與 n 型硅片的特征一致。這充分證明，在磨斜面之前進行 HF 處理，根據(jù)處理后的表面電阻率與體電阻率的大小關系，能夠可靠地判斷硅片的導電類型：若表面電阻率高于體電阻率，則硅片為 p 型；反之，則為 n 型。本研究通過實驗和理論計算，詳細探討了HF處理對高電阻率硅表面電學性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明，HF處理可以顯著改變n型和p型硅的近表面電阻率，且這種變化可以通過SRP測量進行定量分析。

Xfilm埃利擴展電阻SRP測試儀

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借助此自動化系統(tǒng)，可全面分析器件加工中所有硅基半導體結(jié)構(gòu)的載流子濃度與電阻率分布。測量范圍覆蓋尖端應用需求。

• 超寬測量范圍：擴展電阻1Ω - 109Ω，靈活適配多種應用
• 高分辨率：縱向分辨率≤5 nm、橫向分辨率<1 μm，無重疊測量
• 原位斜面角度測量（In-Situ BAM）范圍：0.1° - 5°

本研究通過Xfilm埃利擴展電阻SRP測試儀對SRP測量結(jié)合實驗與理論計算，揭示了HF處理對硅表面電學特性的調(diào)控機制，并開發(fā)了一種高效、無損的導電類型判定方法。未來可進一步探索其他表面處理劑對能帶工程的潛在影響，為半導體材料設計提供新思路。

原文出處：《Determination of conduction type in high-resistivity silicon by combining spreading resistance profiling (SRP) with hydrofluoric acid treatment》

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