アニール処理による欠陥の空間的調査

目的

半導体は現代の電子機器の中核をなしていますが、ごくわずかな局所的な欠陥であっても、その性能や信頼性に重大な影響を及ぼす可能性があります。寿命測定による空間分解能の高い欠陥解析は、まさにこうした重要な弱点を明らかにし、他の測定方法では見過ごされがちな知見を導き出します。

半導体の個々の領域を高精度で調べることで、以下のことが可能になります：

• 亀裂、転位、汚染などの微細な材料欠陥を検出する

• 局所的な不均一性の根本原因を特定し、製造プロセスを最適化

• デバイスの寿命と全体的な信頼性を大幅に向上させる

小型化、高電力密度化、そして厳しい品質要求が求められる市場において、空間分解能の高い欠陥解析は決定的な競争優位性をもたらします。Freiberg Instruments社のMDPmapを使用すれば、高い空間分解能で少数キャリア寿命を測定することが可能です。さらに一歩進め、Freiberg Instruments社はアニール工程を実施するための統合型加熱サンプルチャックを開発しました。

ソリューション

MDPmapに統合された加熱チャックにより、試料を移動させることなく50°Cから250°Cの範囲でアニール処理を行うことが可能となり、試料の空間分解能の高い解析を実施できます。これは、最大12インチ径の試料に対応できるよう特別に設計されています。 

さらに、照明と組み合わせたシーケンスを実行することで、欠陥の状態（例えばFeBペアの結合や解離）を変化させ、100 °Cまでの寿命を測定・マッピングすることが可能です。

欠陥の活性化エネルギーを調査するための、より広い温度範囲における温度依存性寿命測定については、当社のツール「MDpicts」、「MDpicts pro」、「HTpicts」をご覧ください。

アプリケーション例

内蔵の加熱ステージと、アニールステップおよび光照射の特別なシーケンスを使用することで、化学的方法などよりもはるかに優れた検出限界で、クロム、鉄、およびホウ素-酸素複合体の濃度を、寿命測定から決定することができます。

MDPmap では、以下のステップを自動的に実行できます：
 

各アニールまたはフラッシング工程の後、寿命マップを測定する。Fe、Cr、およびBO₂の濃度は、以下の式を用いて算出される：
 

\([Fe] = C_{Fe} \cdot (\cfrac{1}{\tau_{6}} - \cfrac{1}{\tau_{5}})\)                         C_Fe = -2.5 × 10¹³ µscm^⁻³ 

\([BO_{2}] = C_{BO} \cdot (\cfrac{1}{\tau_{6}} - \cfrac{1}{\tau_{4}})\)                      C_BO = 1.2 × 10¹⁴ µscm⁻³ 

\([Cr] = C_{Cr} \cdot \left(\frac{1}{\tau_{1}} - \frac{1}{\tau_{3}}\right)\)                          C_Cr = 1.6 × 10^¹³ µscm⁻^³ 

校正係数は近似値である。正確な値は注入条件に依存し、SRHシミュレーションを用いて計算することができる。とはいえ、結果として得られるマップは欠陥密度の相対的な分布を示しており、したがって欠陥がどこに集中しているかを示している。 以下の例では、鉄は試料の端部に集中しており、これはCz-Siでは典型的な現象です。Crは端部および試料中心部の円形領域で最も高い密度を示しますが、BO₂は端部ではなく、試料中心部の広範囲にのみ集中しています。

要するに、半導体を局所的に理解することで、全体としてより適切な判断を下すことができるのです。

これらの測定結果は、MDPmapと一体型加熱チャックを組み合わせた際の有効性を示しています。