《cv原理及其應(yīng)用》

1、SSM495 CV 的原理及應(yīng)用 2013.5.21汞-肖特基二極管 CV1.汞-肖特基二極管 C-V1.1汞-肖特基二極管 C-V的應(yīng)用1.2汞-肖特基二極管 C-V的原理1.3汞-肖特基二極管 質(zhì)量判定1.4 ASTM（美國材料試驗協(xié)會）表面處理1.5 測試系統(tǒng)的校準(zhǔn)1.6汞-肖特基二極管的局限和SPC1.1汞-肖特基二極管 C-V的應(yīng)用 快速呈現(xiàn)外延層的電阻率分布非破壞性測試 n型電阻率測試范圍：0.1 -100.cm；p型電阻率測試范圍：0.24 -330 .cm 1.2汞-肖特基二極管 C-V原理1.2.1 肖特基測試模型 p型測試電壓為：+；n型測試電壓為：-在半導(dǎo)體表面接觸金屬便

2、形成一個簡單的肖特基二極管在金屬層下面形成的耗盡區(qū)就可以充當(dāng)一個電容1.2汞-肖特基二極管 C-V原理1.2.1 肖特基二極管內(nèi)部電勢變化1.2汞-肖特基二極管 C-V原理1.2.1 肖特基電容的形成 A : 金屬-半導(dǎo)體接觸面積Ks: 半導(dǎo)體介電常數(shù) : 真空絕對介電常數(shù)W : 耗盡區(qū)寬度V ,W ,C1.2汞-肖特基二極管 C-V原理1.2.2 肖特基二極管C-V曲線（p型）電阻率縱向均勻分布的曲線（外延層）電阻率縱向分布不均的曲線1.2汞-肖特基二極管 C-V原理1.2.3 電阻率計算方法 載流子濃度通過 1/c2 vs V 曲線計算獲得： 電阻率的推斷算法: 美國材料試驗協(xié)會研究的AS

3、TM F723-82文件（電阻率大小和載流子濃度高低的一一對應(yīng)關(guān)系）用于載流子濃度到電阻率的轉(zhuǎn)換1.2汞-肖特基二極管 C-V原理1.2.4 電阻率的測試過程肖特基二極管的形成測試 C-V 曲線計算機(jī)轉(zhuǎn)化為1/C2-V曲線載流子濃度電阻率ASTM F723-821.3 肖特基二極管質(zhì)量判定1.3.1 肖特基二極管質(zhì)量界定方法串聯(lián)電阻相角擴(kuò)散電勢1.3肖特基二極管質(zhì)量判定1.3.2 串聯(lián)電阻 串聯(lián)電阻的大小由所測的電容以及電導(dǎo)決定：: Rs 表明在肖特基與電容計之間存在著一個高電阻路徑 大多數(shù)情況下, Rs 應(yīng)該小于250 ohms. 否則, 可能影響測試結(jié)果1.3肖特基二極管質(zhì)量判定1.3.2

4、 串聯(lián)電阻導(dǎo)致高串聯(lián)電阻的原因: 高電阻率的材料材料自身引起的大電阻 硅片表面的有機(jī)污染物導(dǎo)致汞和硅片表面之間產(chǎn)生大電阻硅片和測試臺之間的接觸不良 也許是測試臺吸住硅片的真空較低導(dǎo)致, 或者是硅片背面有損傷或者有顆粒物產(chǎn)生的漏隙所致1.3肖特基二極管質(zhì)量判定1.3.3 相角1.3肖特基二極管質(zhì)量判定1.3.3 相角總電流是由ssm42電容計對肖特基二極管施加15mv（f=0.9216mhz或100khz）的正弦交流電壓測得，其值為并聯(lián)電阻上的電流與肖特基上的位移電流的矢量和.相角低于87表明肖特基二極管質(zhì)量不合格，會影響測試結(jié)果.低相角靠近開始電壓表明表面處理不合格.低相角靠近停止電壓可能發(fā)生

5、了雪崩擊穿.（停止電壓需設(shè)置在一個比較安全的范圍）1.3肖特基二極管質(zhì)量判定1.3.4 擴(kuò)散電勢 擴(kuò)撒電勢: 1/C2-V 曲線與V軸的截距. n型片在1左右, p型片在-1左右. 由于有機(jī)物的污染、表面的氧化產(chǎn)生的界面將導(dǎo)致1/C2-V 曲線向右平移，從而表明表面處理不合格.1.4 ASTM 表面處理 N-Type 10:1 HF（氫氟酸）的溶液中浸泡10秒 去離子水（ DI water ）沖洗10分鐘在 90的雙氧水（H2O2）中煮10分鐘去離子水（ DI water ）沖洗（冷卻）10分鐘 用干燥的氮氣（ N2 ）吹干 P-Type 10:1 HF（氫氟酸）的溶液中浸泡10秒去離子水（

6、DI water ）沖洗10分鐘用干燥的氮氣（ N2 ）吹干1.4 ASTM表面處理 N-type 通過在表面生長10-20A 的氧化層以增強(qiáng)表面的擴(kuò)散電勢. P-type 由于表面受主態(tài)的影響會降低表面的擴(kuò)散電勢. 因此，表面受主態(tài)的中和十分重要 .氫離子會很有效的中和表面受主態(tài).1.5 系統(tǒng)校準(zhǔn) 肖特基校準(zhǔn)由兩個參數(shù)值決定: Ccomp: 補償電容 Aeff: 有效的電接觸面積 一個不準(zhǔn)確的有效接觸面積（Aeff）會向上或向下平移載流子濃度曲線，從而導(dǎo)致載流子濃度值的錯誤. 一個不準(zhǔn)確的補償電容（ Ccomp ）會導(dǎo)致載流子濃度曲線產(chǎn)生明顯的斜坡（ Ccomp 偏小向上傾斜，反之向下傾斜）

7、，從而出現(xiàn)曲線不平的情況.1.5.1 概述1.5系統(tǒng)校準(zhǔn)1.5.2 寄生電容1.5系統(tǒng)校準(zhǔn)1.5.2 寄生電容 Cstray: Stray Capacitance汞柱-毛細(xì)管玻璃壁-樣片形成的電容. Cfringe: Fringe Capacitance比汞實際接觸面積更大的耗盡區(qū)中多余的電容. Ccables: Cable Capacitance電容計與硅片之間導(dǎo)線的感應(yīng)電容，表現(xiàn)為可變電容在肖特基校準(zhǔn)中, Cstray, Ccables 和 Cfringe 之和為 Ccomp: Ccomp = C cables + C stray + C fringe Cmeasure = C + Cco

8、mp1.5系統(tǒng)校準(zhǔn)1.5.3 補償電容對測試的影響1.5系統(tǒng)校準(zhǔn)1.5.4 補償電容校準(zhǔn) 用最低濃度的NTD 硅片 (小于1e14cm-3)執(zhí)行補償電容的測試. 目前, NTD 硅片濃度為：7.043E13cm-3. 推理: 用最低濃度可以使測試時肖特基電容的部分變得更小，從而使得補償電容在測試的總電容中占據(jù)更大一部分，讓補償電容更加接近實際值.1.5系統(tǒng)校準(zhǔn)1.5.5 接觸面積校準(zhǔn) 在補償電容確定之后進(jìn)行 材料需求: N-type 校準(zhǔn) 3片測試范圍內(nèi)的 NTD 硅片(4E13 to 8 E14cm-3) . 取三片的平均值輸入N-type校準(zhǔn)系統(tǒng).P-type 校準(zhǔn) 3片濃度范圍和N-ty

9、pe相似且均勻性要好的外延樣片. 取三片的平均值輸入P-type校準(zhǔn)系統(tǒng).1.5系統(tǒng)校準(zhǔn)1.5.5接觸面積校準(zhǔn) 怎樣測試Aeff? 在Aeff為0.024時, 測試硅片濃度，Nmeasure為測試值, Nknown為實際值. Aeff是Aeff 的下一個迭代值.當(dāng)Aeff和 Aeff 的差距在0.01% 之內(nèi)時則迭代結(jié)束，最后一個Aeff 為最終接觸面積值.1.6 肖特基二極管的局限性和SPC監(jiān)控肖特基二極管的局限性:能夠測試的最小深度為：距硅片表面的5個德拜長度（LD）.SPC控制一片MOS參考片可以用于SPC控制-監(jiān)控汞探針的接觸面積. 同樣, 一片均勻性好的外延片也可用于SPC控制 監(jiān)控整個肖特基的測試過程及車間生產(chǎn)過程案列點檢片數(shù)據(jù)波動大1 異?，F(xiàn)象： 從13年4月下旬開始，點檢片出現(xiàn)超出報警線次數(shù)持續(xù)增多，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。2 異常分析： 經(jīng)過分析查找發(fā)現(xiàn)，當(dāng)探針頭壓在硅片上時，控制探針臂升降的氣體皮球與探針臂尾部發(fā)生接觸，這樣就導(dǎo)致探針臂在測試升降的過程中皮球和探針臂尾部的接觸位置發(fā)生錯位，從而導(dǎo)致探針頭壓片時的狀態(tài)發(fā)生變化，即導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)發(fā)生較大變化而產(chǎn)生波動。案列點檢片數(shù)據(jù)波動大3 異常處理： 將升降裝置提高致使在探針頭壓住硅片的情