Investigation spatiale des défauts par les traitements de recuit

Objectif

Les semi-conducteurs sont au cœur de l'électronique moderne, mais même le plus petit défaut local peut avoir un impact significatif sur leurs performances et leur fiabilité. L'analyse des défauts à résolution spatiale par des mesures de durée de vie révèle précisément ces points faibles critiques, fournissant des informations que d'autres méthodes de mesure négligent souvent.

En examinant des zones spécifiques d'un semi-conducteur avec une grande précision, vous pouvez :

• Détecter des défauts microscopiques du matériau tels que des fissures, des dislocations ou des contaminations

• Optimiser les processus de fabrication en identifiant les causes profondes des irrégularités locales

• Améliorer considérablement la durée de vie des dispositifs et leur fiabilité globale

Sur un marché caractérisé par la miniaturisation, une densité de puissance plus élevée et des exigences de qualité strictes, l'analyse des défauts à résolution spatiale offre un avantage concurrentiel décisif. Avec le MDPmap de Freiberg Instruments, il est possible de mesurer la durée de vie des porteurs minoritaires avec une haute résolution spatiale. Pour aller encore plus loin, Freiberg Instruments a développé un mandrin chauffant intégré pour effectuer des étapes de recuit.

Solution

Le mandrin chauffant intégré au MDPmap permet d'effectuer des étapes de recuit dans une plage de 50 °Cà 250 °C sans avoir à déplacer l'échantillon, ce qui permet de réaliser des analyses à résolution spatiale de l'échantillon. Il a été spécialement conçu pour accueillir des échantillons d'un diamètre allant jusqu'à 12 pouces. 

De plus, il est possible d'effectuer des séquences en combinaison avec un éclairage pour modifier l'état des défauts (par exemple, l'association et la dissociation de paires FeB) et de mesurer et cartographier la durée de vie jusqu'à 100 °C.

Pour les mesures de durée de vie en fonction de la température sur des plages de température plus larges, en vue de l'étude des énergies d'activation des défauts, veuillez consulter nos outils MDpicts, MDpicts pro et HTpicts.

Exemple d'application

En utilisant le bloc chauffant intégré avec une séquence spéciale d'étapes de recuit et d'illumination, les concentrations de chrome, de fer et de complexes bore-oxygène peuvent être déterminées à partir de mesures de durée de vie avec une limite de détection bien supérieure à celle obtenue, par exemple, avec des méthodes chimiques.

Les étapes suivantes peuvent être effectuées automatiquement avec le MDPmap :
 

Après chaque étape de recuit ou de flashage, une carte de durée de vie est mesurée. Les concentrations de Fe, Cr et BO₂ sont calculées à l'aide des équations suivantes :
 

\([Fe] = C_{Fe} \cdot (\cfrac{1}{\tau_{6}} - \cfrac{1}{\tau_{5}})\)                         C_Fe = -2,5 × 10¹³ µscm^⁻³ 

\([BO_{2}] = C_{BO} \cdot (\cfrac{1}{\tau_{6}} - \cfrac{1}{\tau_{4}})\)                      C_BO = 1,2 x 10¹⁴ µscm^⁻³ 

\([Cr] = C_{Cr} \cdot (\cfrac{1}{\tau_{1}} - \cfrac{1}{\tau_{3}})\)                          C_Cr = 1,6 × 10^¹³ µscm^⁻³ 

Les facteurs d'étalonnage sont des approximations. Les valeurs exactes dépendent de l'injection et peuvent être calculées à l'aide de simulations SRH. Néanmoins, les cartes obtenues montrent une carte relative des densités de défauts et, par conséquent, les zones où les défauts sont concentrés. Dans l'exemple ci-dessous, le fer est concentré au bord de l'échantillon, ce qui est typique du Cz-Si ; le Cr présente la densité la plus élevée au bord et dans des régions de forme circulaire au centre de l'échantillon, tandis que le BO₂ est uniquement concentré dans de grandes zones au centre de l'échantillon et non au bord.

En résumé : lorsque l'on comprend les semi-conducteurs au niveau local, on peut prendre de meilleures décisions au niveau global.

Ces mesures démontrent l'intérêt du MDPmap associé au mandrin chauffant intégré.