【GB国家标准】 硅材料中氧含量的测试惰性气体熔融红外法

GB/T 38976—2020 硅材料中氧含量的测试 惰性气体熔融红外法 Test method for the oxygen concentration in silicon materials—Inert gas fusion infrared detection method 2020-07-21发布 2021-06-01实施 前言 本标准按照GB/T 1.1—2009给出的规则起草。 本标准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。 起草单位：有研半导体材料有限公司、上海合晶硅材料有限公司、有色金属技术经济研究院、北京聚睿众邦科技有限公司、厦门银固美能源科技有限公司。 主要起草人：王永涛、孙燕、徐新华、胡金枝、任丹雅、赵志婷、蔡丽艳、杨素心、陆敏、林兴乐。 1 范围 本标准规定了采用惰性气体熔融及红外技术测试硅材料中氧含量的方法。 本标准适用于不同导电类型、不同电阻率范围的硅单晶、多晶硅中氧含量的测试，测试范围为2.5×10^15 cm^-3 (0.05 ppm_a) ~ 2.5×10^18 cm^-3 (50 ppm_a)。 注：硅材料中的氧含量以每立方厘米中的原子数计。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是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 1557 硅晶体中间隙氧含量的红外吸收测量方法 GB/T 14264 半导体材料术语 3 术语和定义 GB/T 14264界定的术语和定义适用于本文件。 4 方法原理 将预先称重的样品放置于高纯双层石墨坩埚中，样品在惰性气体的保护下，高温加热熔融，释放出氧、氮和氢。样品中氧均与石墨坩埚中的碳结合生成一氧化碳，氮和氢则分别以氮气、氢气的形式释放。根据测试仪器的不同，一氧化碳的含量可以由非色散红外探测器直接测得，也可在惰性气体的输送下，将一氧化碳经过加热的稀土氧化铜催化剂氧化生成二氧化碳，由红外测试设备测得二氧化碳的含量。测试仪器根据一氧化碳或二氧化碳的含量，进行空白扣除之后，结合样品重量，最终得到被测样品中的氧含量。 5 干扰因素 5.1 惰性气体（氩气或氦气）作为测试仪器中的载气，其中含有的杂质可能会吸附硅材料样品释放的氧，从而影响测试结果，因此建议使用纯度（体积分数）不小于99.99%的高纯气体以提高测试准确性，同时可使用氢氧化钠（优级纯）用于吸收惰性气体中残留的二氧化碳，无水高氯酸镁（Mg(ClO4)2）用于吸收惰性气体中的水分，铜屑用于吸收惰性气体中的氧，减少惰性气体对测试结果的影响。 5.2 使用单层石墨坩埚会造成温度的波动，继而影响测试结果，因此应使用双层石墨坩埚。 5.3 石墨坩埚中的氧也会随着测试的过程不断释放，因此应使用高纯石墨制作，并在测试之前确认石墨坩埚的纯度，以减少对测试结果的影响。 5.4 校准曲线是影响氧含量测试可靠性的关键，而硅单晶校准曲线的建立是以GB/T 1557规定的方法对硅单晶样品中间隙氧含量的测试结果为依据，因此应保证建立校准曲线所使用样品的测试值准确可靠。 5.5 本方法使用GB/T 1557的测试结果作校准曲线，间接反映了硅中的间隙氧含量。本方法测得的氧含量值与校准曲线选用的间隙氧含量校准因子直接相关。 5.6 本方法的检出限与仪器的空白值有关，测试仪器的不同以及测试过程中的差异会对检出限产生影响。 5.7 硅材料测试样品的物理形态可以为粉末状、颗粒状、片状、块状等。测试样品的形态不同可能对测试结果的重复性造成影响，因此建议针对不同物理形态的测试样品分别建立校准曲线。 5.8 当样品表面积不同或表面粗糙度较高时，有可能存在因表面氧化层的面积不同以及吸附的氧含量不同而致使测试结果不同。为了保证测试更准确，如可操作，建议对样品表面进行抛光，减少表面粗糙度不同带来的影响。 5.9 制样时去除氧化膜后的样品若保存方式不当或保存时间过长，可能导致样品表面自然氧化膜厚度的变化，并可能吸附其他物质，对测试结果带来影响，因此应将样品保存在丙酮或异丙醇中，并尽可能缩短保存时间。 5.10 5.7～5.9中描述的干扰因素对低氧含量样品的测试结果影响尤为明显，建议在实际测试中有针对性的进行试验，并在操作规程中进行规定，以减少因此带来的影响。 5.11 测试过程中的原位脱气循环应在低于硅熔点的温度下进行，用于去除样品表面的氧化层。例如，对未经化学处理的