外延薄层和基底的高精度电阻率测量

目的

测量高掺杂半导体上外延层的电阻率是一项巨大的挑战,但出于以下几个原因,这项工作至关重要:

  • 材料质量评估,作为了解结构和电子质量的依据

  • 掺杂浓度的验证

  • 器件性能预测

  • 提取载流子浓度等材料参数

  • 工艺开发及掺杂模型的模拟

  • 污染物、工艺漂移、不均匀性及缺陷的检测

因此,能够进行这种高精度且可重复的测量对于先进的半导体应用至关重要。迄今为止,仅有汞化学伏安法(Mercury CV)等空间分辨率较低或根本没有空间分辨率的破坏性方法可用。

解决方案

弗劳恩霍夫ITWM研究所弗劳恩霍夫IISB研究所弗莱贝格矿业大学与Toptica公司合作,开发了一种基于反射几何结构的太赫兹时域光谱(TDS)成像工具,该工具能够对高掺杂材料(如Si、SiC等)上的各类外延层进行分辨率达1毫米的高精度成像。 

这种新的太赫兹方法能够测量体晶圆的电阻率(范围为0.1至100 Ω·cm),或厚度大于10 µm、掺杂浓度为8×10¹⁵ cm⁻³至4×10¹⁸ cm⁻³的外延层电阻率。甚至可以同时测量衬底和外延层。 该测量方法采用非接触式且无损检测,因此非常适合工业应用[1]。

应用实例

图1展示了一块4英寸高掺杂4H-SiC衬底(其上生长有11 µm厚的外延层)的掺杂浓度示意图。图中不仅清晰显示了衬底的生长面,还呈现了外延层掺杂浓度的径向梯度。边缘排斥区约为3 mm,且重复性优于99%。

与汞电化学伏安法测定结果的对比显示,两者吻合度极佳(图2)。偏差在0.56%以内。

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