汞CV法測(cè)外延電阻率的簡(jiǎn)單介紹

1、l收集資料l了解影響外延層質(zhì)量的各種參數(shù)外延層生長(zhǎng)速率電阻率及均勻度 srp，變流量吹掃工藝汞cv 平整度和晶格缺陷defect 厚度及均勻度 (ftir)l了解控制外延層質(zhì)量的各種監(jiān)控原理l總結(jié)汞探針cv測(cè)試儀是利用肖特基勢(shì)壘電容的c-v特性來(lái)測(cè)試n型重?fù)揭r底上n型硅外延層摻雜濃度即電阻率的測(cè)試方法四探針測(cè)試法cv電容電壓法 srp擴(kuò)展電阻測(cè)量法外延/襯底p/n或n/pp/p+或n/n+無(wú)限制便捷度可直接測(cè)試測(cè)試片表面處理需20分鐘需磨角，耗時(shí)較多破壞性非破壞非破壞破壞用電容一電壓(c-v)法測(cè)量外延層摻雜濃度和電阻率，就是在測(cè)試時(shí)，汞探針與硅片表面相接觸，形成一個(gè)金屬一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的肖特基結(jié)

2、。汞探針和n型硅外延層相接觸時(shí)，在n型硅外延層一側(cè)形成勢(shì)壘。在汞金屬和硅外延層之間加一直流反向偏壓時(shí)，肖特基勢(shì)壘寬度向外延層中擴(kuò)展。如果在直流偏壓上疊加一個(gè)高頻小信號(hào)電壓，其勢(shì)壘電容隨外加電壓的變化而變化，可起到電容的作用。通過(guò)電容一電壓變化關(guān)系，便可找到金屬一半導(dǎo)體肖特基勢(shì)壘在硅外延層一側(cè)的摻雜濃度分布。有時(shí)為了防止漏電導(dǎo)致測(cè)試不出結(jié)果，會(huì)在金屬一半導(dǎo)體接觸面生長(zhǎng)一層薄氧化層。氧化層厚度必須很薄，以至于mos電容cox遠(yuǎn)大于肖特基勢(shì)壘電容cd時(shí)，以上模型中的mos電容可以忽略不計(jì)。原理與測(cè)試方法原理與測(cè)試方法只要測(cè)得c，dc/d和a，便可由上面兩式計(jì)算得到勢(shì)壘擴(kuò)展寬度x處的n(x)u背面接觸

3、電阻是否足夠小u汞探針金屬與硅半導(dǎo)體之間的肖特基接觸是否良好？是否存在漏電？u在金半接觸面上為防止漏電而生長(zhǎng)的薄氧化層的厚度變化影響u測(cè)試硬件系統(tǒng)的雜散電容的影響u硅表面的沾污與微缺陷的影響干擾因素：干擾因素：測(cè)試樣片的表面處理過(guò)程補(bǔ)償電容的校準(zhǔn)有效汞點(diǎn)面積的校準(zhǔn)測(cè)試樣片的表面處理過(guò)程:用hf：去離子水(1：01：10)處理30 s，用去離子水沖10 min。對(duì)p型片，直接測(cè)量，或在120士10c烘烤30 min。對(duì)n型片，在70一90 c的雙氧水：去離子水(l：11：5)中煮10 min。用去離子水沖10 min，甩干或用氮?dú)獯蹈?。cv汞探針測(cè)試片的表面處理流程：用hf：去離子水=1：1浸泡

4、2分鐘，用去離子水沖洗干凈對(duì)n型片，在規(guī)定比例的cro3溶液中浸泡10分鐘用去離子水沖洗干凈，甩干或用氮?dú)獯蹈蓵何匆?guī)定cro3溶液的使用有效期限和更換時(shí)間。只要未發(fā)生溶液槽故障和測(cè)試不良等情況下，一般不必更換cro3溶液，可以一直使用。決定汞探針決定汞探針cv測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性的因素測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性的因素使用90c雙氧水進(jìn)行浸泡重?fù)絘s襯底生長(zhǎng)的n型外延片的方式來(lái)生長(zhǎng)薄氧化層表面處理的方法對(duì)于外延層濃度較小電阻率較大(2.0 .cm)的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，電阻率測(cè)試結(jié)果正常，相位角在88以上且基本上所有測(cè)試點(diǎn)都能穩(wěn)定；但對(duì)于外延層濃度較大電阻率較小( 1.0 .cm)的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)；測(cè)試結(jié)果不

5、穩(wěn)定可信：相位角小于80且混亂無(wú)規(guī)律。(90c，有漏電流，或有串聯(lián)電阻；=90c，是純電容。相位角在88以上，表明可以忽略漏電和串聯(lián)電阻影響；如果相位角偏低至85以下，則測(cè)試結(jié)果有較大偏差，需重新考慮測(cè)試片的表面處理情況。)工藝改動(dòng)原因工藝改動(dòng)原因使用cro3溶液來(lái)替代雙氧水原因與好處：cro3溶液的氧化能力比雙氧水強(qiáng)，故使用cro3溶液來(lái)對(duì)測(cè)試片進(jìn)行表面處理時(shí)，不需要給溶液加溫，不需要加熱裝置。 cro3不具有揮發(fā)性，更換周期一般可達(dá)一個(gè)月，節(jié)約了時(shí)間和成本。飽和cro3溶液可提高cro3溶液的氧化能力，提高氧化效率。將cro3固體粉末與水的勾兌比例控制在500克cro3固體：500ml水。

6、實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)cro3溶液濃度變的非常淡的時(shí)，浸泡出來(lái)的測(cè)試片總會(huì)出現(xiàn)測(cè)試報(bào)警或者相位角不高的情況。若將測(cè)試片經(jīng)hf漂干凈以后，經(jīng)過(guò)去離子水沖洗干凈，再吹干或甩干，再放在cro3常溫飽和溶液中浸泡15分鐘進(jìn)行氧化層生長(zhǎng)。最后結(jié)果表明：外延電阻率從0.35.0.cm范圍的外延測(cè)試片，都能夠在汞探針cv測(cè)試儀上順利測(cè)試出穩(wěn)定的電阻率結(jié)果，其相位角可以達(dá)到86以上以及88以上。使用cro3溶液的缺點(diǎn)：金屬cr是限制類重金屬沾污源，需單獨(dú)妥善處理排放的廢液。cro3溶液槽的安放地點(diǎn)必須與凈化室隔絕，其測(cè)試人員和測(cè)試盒的往來(lái)傳遞等均需嚴(yán)格控制。為防止金屬cr和金屬hg的沾污，本測(cè)試片在測(cè)試結(jié)束后均收集起來(lái)

7、做報(bào)廢處理。為節(jié)約成本，采用相應(yīng)的清洗工藝對(duì)汞探針測(cè)試過(guò)的片子進(jìn)行清洗處理之后仍可當(dāng)作生產(chǎn)片流片。補(bǔ)償電容的校準(zhǔn)：測(cè)試補(bǔ)償電容用片：濃度小于1x1014 cm-3，電壓應(yīng)用范圍內(nèi)縱向濃度分布的偏差2%的硅片。將此硅片置于測(cè)試臺(tái)上，并形成可靠的測(cè)試接觸。設(shè)定一大概的補(bǔ)償電容值，(如未知，則設(shè)為0)開(kāi)始測(cè)試載流子濃度，并觀察測(cè)試曲線的斜率。如斜率為正，按0.1 pf的步進(jìn)逐步增大補(bǔ)償電容值，直至斜率第一次為負(fù)后再按0.02 pf的步進(jìn)逐步減小補(bǔ)償電容值，直至斜率剛好有改變的現(xiàn)象，此時(shí)得到系統(tǒng)的補(bǔ)償電容。如斜率為負(fù)值，按0.02 pf的步進(jìn)減小補(bǔ)償電容，直至斜率第一次為正后再按0.1 pf的步進(jìn)逐步

8、增大補(bǔ)償電容值，直至斜率剛好有改變的現(xiàn)象。此時(shí)得到系統(tǒng)的補(bǔ)償電容。標(biāo)準(zhǔn)電容器的校準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)電容器的校準(zhǔn)結(jié)果好壞，是由測(cè)試設(shè)備本身硬件所決定的，一般設(shè)備里的標(biāo)準(zhǔn)電容器不易損壞，且一旦損壞，很容易通過(guò)硬件檢查出。補(bǔ)償電容ccomp的校準(zhǔn)：補(bǔ)償電容ccomp以及有效汞點(diǎn)接觸面積aeff，是由工藝工程師根據(jù)校準(zhǔn)片的實(shí)際測(cè)試結(jié)果中的摻雜濃度曲線和電阻率標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)進(jìn)行設(shè)定的，具有一定的可變性，容易受外界條件影響，故這兩個(gè)參數(shù)的設(shè)定，直接影響到生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，要作為重點(diǎn)討論的對(duì)象。國(guó)家測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中定義了補(bǔ)償電容ccomp值的校準(zhǔn)方法，是以校準(zhǔn)片縱深的摻雜濃度曲線的斜率是否調(diào)整到水平為調(diào)整依據(jù)。汞探針汞

9、探針cv測(cè)試儀的電容校準(zhǔn)過(guò)程：測(cè)試儀的電容校準(zhǔn)過(guò)程：右3圖所示是在同一校準(zhǔn)片上采用大小不同的補(bǔ)償電容ccomp設(shè)定值所測(cè)試出的外延層縱深摻雜濃度曲線，其橫坐標(biāo)是耗盡層深度，單位um，縱坐標(biāo)是摻雜濃度的對(duì)數(shù)坐標(biāo)?？梢钥吹?，當(dāng)補(bǔ)償電容ccomp增大時(shí)，濃度曲線的斜率會(huì)向負(fù)值方向傾斜；反之，當(dāng)補(bǔ)償電容ccomp減小時(shí)，濃度曲線的斜率會(huì)向正值方向傾斜。我們可以根據(jù)該校準(zhǔn)片的摻雜濃度曲線的斜率，不斷地調(diào)整補(bǔ)償電容值，使該校準(zhǔn)片的濃度曲線盡量趨于平行，斜率盡量趨于0，當(dāng)濃度曲線斜率趨于0的時(shí)候的補(bǔ)償電容值，就是該校準(zhǔn)片在最終測(cè)試程序里需要確定下來(lái)的補(bǔ)償電容ccomp值。補(bǔ)償電容補(bǔ)償電容ccomp的校準(zhǔn)的校

10、準(zhǔn)有效汞點(diǎn)接觸面積有效汞點(diǎn)接觸面積aeff的校準(zhǔn)的校準(zhǔn)已知裝汞毛細(xì)管直徑,由下式計(jì)算得到汞探針的標(biāo)定接觸面積(nref)k第k個(gè)校準(zhǔn)片的標(biāo)定濃度，單位為每立方 厘米(cm-3)；(nvg)k第k個(gè)校準(zhǔn)片的測(cè)量濃度，單位為每立方 厘米(cm-3)； a汞探針管的標(biāo)定面積，單位為平方厘米(cm2)；(aeff)k由第k個(gè)校準(zhǔn)片的測(cè)量值計(jì)算得到的有效接觸面積，單位為平方厘米(cm2)將(aeff)k取平均值得到汞探針的接觸面積aeff。將取得的aeff載入測(cè)試程序測(cè)量各校準(zhǔn)片，其平均載流子濃度偏差應(yīng)在2%之內(nèi)。如超過(guò)，則對(duì)校準(zhǔn)片重新進(jìn)行表面處理，取得aeff值。式中：a汞探針管的標(biāo)定面積，cm2 d

11、汞探針管的標(biāo)定直徑，mm 當(dāng)一臺(tái)cv汞探針測(cè)試儀剛開(kāi)始建立測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，或者有新工藝新產(chǎn)品需要建立新的cv測(cè)試程序時(shí)，或者cv測(cè)試儀遇到如漏汞需要更換等設(shè)備故障時(shí)，都需要對(duì)一片或者幾片已知電阻率值的校準(zhǔn)片，做測(cè)試設(shè)備的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)好的cv測(cè)試儀，如果再次測(cè)試該校準(zhǔn)片的電阻率值與其標(biāo)稱的電阻率結(jié)果相當(dāng)，則該設(shè)備校準(zhǔn)合格，可以正常使用；如果測(cè)試該校準(zhǔn)片的電阻率值與其標(biāo)稱的電阻率結(jié)果有偏差，則該測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)試其它生產(chǎn)片時(shí)可能產(chǎn)生偏差。改變和決定汞探針cv測(cè)試儀測(cè)試出的電阻率值大小的參數(shù)：補(bǔ)償電容ccomp和有效汞點(diǎn)面積aeff，并且電阻率值與這兩個(gè)參數(shù)基本上是正比的關(guān)系。補(bǔ)償電容ccomp的值，已經(jīng)由校準(zhǔn)片的縱深摻雜濃度曲線的斜率所確定了，線不變，補(bǔ)償電容ccomp也不會(huì)更改。剩下的可更改的參數(shù)，就只有有效汞點(diǎn)面積aeff值。由有效汞點(diǎn)面積aeff的大小，來(lái)決定測(cè)試校準(zhǔn)片的電阻率值，使校準(zhǔn)片實(shí)際測(cè)試出的電阻率值與其標(biāo)稱值相等。