stringtranslate.com

Профилирование сопротивления распространению

Профилирование сопротивления распространения (SRP), также известное как анализ сопротивления распространения (SRA), представляет собой метод, используемый для анализа удельного сопротивления в зависимости от глубины в полупроводниках . Полупроводниковые приборы зависят от распределения носителей ( электронов или дырок ) в своих структурах для обеспечения желаемой производительности. Концентрация носителей (которая может варьироваться до десяти порядков ) может быть выведена из профиля удельного сопротивления, предоставленного SRP.

История

Фундаментальное соотношение обычно приписывается Джеймсу Клерку Максвеллу (1831–1879). В 1962 году Роберт Мазур (патент США 3,628,137) и Дики [1] разработали практическую систему из 2 зондов, используя пару утяжеленных осмиевых игл.

В 1970 году была основана компания Solid State Measurements для производства инструментов для определения профиля сопротивления распространения, а в 1974 году была основана компания Solecon Labs для предоставления услуг по определению профиля сопротивления распространения. В 1980 году Дики разработал практический метод определения p- или n-типа с использованием инструмента для определения сопротивления распространения. Усовершенствования продолжались, но были оспорены постоянно уменьшающимися размерами современных цифровых устройств. Для неглубоких структур (глубиной <1 мкм) обработка данных является сложной. Некоторые из участников обработки данных: Дики, [2] [3] Шуман и Гарднер, [4] Чу и др. , [5] Берковиц и Люкс, [6] Эванс и Донован, [7] Пейссенс и др. , [8] Ху, [9] Альберс, [10] и Касел и Йорк. [11]

Теория работы

Если между двумя наконечниками зонда, обеспечивающими электрический контакт с бесконечной пластиной, подано напряжение, то сопротивление, возникающее внутри пластины , равно , где:

Большая часть сопротивления возникает очень близко к электрическому контакту [12], что позволяет определить локальное удельное сопротивление. Зонды создают пренебрежимо малое сопротивление зонда к кремнию (почти омический контакт ) во всем диапазоне удельного сопротивления как для p-типа , так и для n-типа (богатого дырками и богатого электронами соответственно). Сохраняя сопротивление проводки и сопротивление распространения внутри наконечников зондов на минимальном уровне, измеренное сопротивление почти исключительно для образцов кремния толщиной не менее . С помощью калибровочных стандартов удельного сопротивления можно определить при каждом зондировании парой зондов.

Инструментарий

На наконечники зонда подается смещение в 5 мВ. Измеряемое сопротивление может варьироваться от 1 Ом до миллиарда Ом. Для измерения сопротивления используется усилитель "log R" или электрометр.

Механический

Рисунок 1. Иллюстрация зондирования скошенного куска кремния. (Обычно проводится от 60 до 100 или более измерений.)

Современный SRP имеет два наконечника зонда из карбида вольфрама , расположенных на расстоянии около 20 мкм друг от друга. Каждый наконечник установлен на кинематическом подшипнике для минимизации «царапания» (когда зонды царапают поверхность). Зонды опускаются очень осторожно на скошенный кусок кремния или германия. Хотя нагрузка на наконечники зондов может составлять всего 2 г, давление превышает один миллион фунтов на квадратный дюйм (или ~ 10 Гс паскалей), вызывая локализованное фазовое превращение в кремнии в «бета-олово», создавая почти омический контакт . [13] Между каждым измерением зонды поднимаются и индексируются на заранее определенное расстояние вниз по скосу. Скосы производятся путем установки образца на угловой блок и шлифования скоса обычно с помощью 0,1- или 0,05-микрометровой алмазной пасты. Углы скоса, выбранные в соответствии с интересующей глубиной, могут варьироваться от ~ 0,001 до 0,2 радиан. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы получить гладкий, плоский скос с минимальным закруглением кромки скоса. (См. рисунок 1.)

Пределы обнаружения

Диапазон прибора обычно составляет от одного Ома до миллиарда Ом. Этого достаточно для всего диапазона удельного сопротивления в монокристаллическом кремнии.

Калибровка

Калибровочные стандарты были разработаны NIST . Набор из 16 стандартов в диапазоне от примерно 0,0006 Ом-см до 200 Ом-см был разработан как для n-, так и для p-типа и для кристаллических ориентаций (100) и (111). Для высокого удельного сопротивления (выше 200 Ом-см и, возможно, выше 40 000 Ом-см) значение удельного сопротивления должно быть экстраполировано из калибровочной кривой.

Приложения

Инструмент используется в основном для определения структур легирования в кремниевых полупроводниках. Глубокие и мелкие профили показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Неглубокий профиль слева, глубокий профиль справа. Концентрация носителей представлена ​​в зависимости от глубины. Области с чистой концентрацией электронов обозначены как "n" (или n-тип). Области с чистой концентрацией дырок обозначены как "p".

Альтернативные процессы

Вторичная ионная масс-спектрометрия (SIMS) также очень полезна для профилирования легирующих примесей. SIMS может обеспечить атомную концентрацию в течение трех декад или в некоторых случаях четырех декад динамического диапазона. SRP может определить концентрацию носителей (электрически активную легирующую примесь) в более чем восьми или девяти декадах динамического диапазона. Часто эти методы являются взаимодополняющими, хотя иногда и конкурирующими. Оборудование для SIMS, как правило, значительно дороже в производстве и эксплуатации. В то время как сопротивление растекания ограничено кремнием, германием и несколькими другими полупроводниками, SIMS может профилировать атомную концентрацию почти чего угодно в чем угодно. SIMS имеет большее пространственное разрешение, полезное для сверхмелких профилей (< 0,1 микрометра), но SRP более удобен для более глубоких структур.

Ссылки

  1. ^ DH Dickey, The Electrochem. Soc., Electron. Div Ext. Abstr. 12 , 151 (1963)
  2. ^ DH Dickey и JR Ehrstein, NBS Special Publication 400-48, (1979)
  3. ↑ DH Dickey, заседание подкомитета ASTM F1.06, Денвер, июнь 1984 г.
  4. ^ PA Schumann и EE Gardner, J. Electrochem. Soc. 116 , 87 (1969)
  5. ^ SC Choo, MS Leong и KL Hong, L. Li и LS Tan, Твердотельная электроника, 21 , 796 (1978)
  6. ^ HL Berkowitz и RA Lux, J. Electrochem Soc. 128 , 1137 (1981)
  7. ^ RA Evans и RP Donovan, Solid St. Electron. 10 , 155 (1967)
  8. ^ Р. Пейссенс, В. Б. Вандерворст и Х. Э. Маес, J. Electrochemical Soc. 130 , 468 (1983).
  9. ^ SM Hu, J. Appl. Phys. 53 , 1499 (1982)
  10. ^ JH Albers, Новые технологии полупроводников , ASTM ATP 960, DC Gupta и PH Langer, Eds., Американское общество по испытаниям и материалам (1986).
  11. ^ А. Касел и Х. Йорк, Appl. Phys. Lett., 50 , 989 (1987)
  12. ^ Р. Холм, Электрические контакты , Альмквист и Виксельс, Упсалла (1946)
  13. ^ JC Jamieson, Кристаллические структуры при высоких давлениях металлической модификации кремния и германия , Science, 139 (1963)

Библиография

RG Mazur и DH Dickey, Метод измерения сопротивления распространения для измерения удельного сопротивления на кремнии , J. Electrochem. Soc., 113 , 255 (1966)

DH Dickey, История и состояние проблемы обработки данных в SRA , Труды Третьей международной конференции по технологии твердотельных схем и интегральных схем, под ред. Эллвангера и др ., Издательство электронной промышленности

MW Denhoff, Точный расчет сопротивления распространению , Журнал физики D: Прикладная физика, Том 39, Номер 9

Внешние ссылки