《cv原理及其应用》

SSM495 CV 的原理及应用 2013.5.21 汞-肖特基二极管 CV 1.汞-肖特基二极管 C-V 1.1汞-肖特基二极管 C-V的应用 1.2汞-肖特基二极管 C-V的原理 1.3汞-肖特基二极管 质量判定 1.4 ASTM（美国材料试验协会）表面处理 1.5 测试系统的校准 1.6汞-肖特基二极管的局限和SPC 1.1汞-肖特基二极管 C-V的应用 快速呈现外延层的电阻率分布 非破坏性测试 n型电阻率测试范围：0.1 -100Ω.cm；p型电阻率测试范围：0.24 -330 Ω.cm 1.2汞-肖特基二极管 C-V原理 1.2.1 肖特基测试模型 p型测试电压为：+；n型测试电压为：- 在半导体表面接触金属便形成一个简单的肖特基二极管 在金属层下面形成的耗尽区就可以充当一个电容 1.2汞-肖特基二极管 C-V原理 1.2.1 肖特基二极管内部电势变化 WHg (EF)Hg E0 Ws Ec (EF)s Ev qφns qVD EF Ev Ec + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - + + + + - + + + + - + + + + - Einner N Hg Before contacting After contacting Electrons flow into Hg 1.2汞-肖特基二极管 C-V原理 1.2.1 肖特基电容的形成 A : 金属-半导体接触面积 Ks: 半导体介电常数 : 真空绝对介电常数 W : 耗尽区宽度 V ↑,W ↑,C↓ 1.2汞-肖特基二极管 C-V原理 1.2.2 肖特基二极管C-V曲线（p型） 电阻率纵向均匀分布的曲线（外延层） 电阻率纵向分布不均的曲线 1/C2 V 1.2汞-肖特基二极管 C-V原理 1.2.3 电阻率计算方法 载流子浓度通过 1/c2 vs V 曲线计算获得： 电阻率的推断算法: 美国材料试验协会研究的ASTM F723-82文件（电阻率大小和载流子浓度高低的一一对应关系）用于载流子浓度到电阻率的转换 1.2汞-肖特基二极管 C-V原理 1.2.4 电阻率的测试过程 肖特基二极管的形成 测试 C-V 曲线 计算机转化为1/C2-V曲线 载流子浓度 电阻率 ASTM F723-82 1.3 肖特基二极管质量判定 1.3.1 肖特基二极管质量界定方法 串联电阻 相角 扩散电势 1.3肖特基二极管质量判定 1.3.2 串联电阻 串联电阻的大小由所测的电容以及电导决定：: Rs 表明在肖特基与电容计之间存在着一个高电阻路径 大多数情况下, Rs 应该小于250 ohms. 否则, 可能影响测试结果 1.3肖特基二极管质量判定 1.3.2 串联电阻 导致高串联电阻的原因: 高电阻率的材料—材料自身引起的大电阻 硅片表面的有机污染物—导致汞和硅片表面之间产生大电阻 硅片和测试台之间的接触不良– 也许是测试台吸住硅片的真空较低导致, 或者是硅片背面有损伤或者有颗粒物产生的漏隙所致 1.3肖特基二极管质量判定 1.3.3 相角 1.3肖特基二极管质量判定 1.3.3 相角 总电流是由ssm42电容计对肖特基二极管施加15mv（f=0.9216mhz或100khz）的正弦交流电压测得，其值为并联电阻上的电流与肖特基上的位移电流的矢量和. 相角低于87°表明肖特基二极管质量不合格，会影响测试结果. 低相角靠近开始电压表明表面处理不合格. 低相角靠近停止电压可能发生了雪崩击穿.（停止电压需设置在一个比较安全的范围） 1.3肖特基二极管质量判定 1.3.4 扩散电势 扩撒电势: 1/C2-V 曲线与V轴的截距. n型片在1左右, p型片在-1左右. 由于有机物的污染、表面的氧化产生的界面将导致1/C2-V 曲线向右平移，从而表明表面处理不合格. 1/C2 V 1/C2 V 1.4 ASTM 表面处理 N-Type 10:1 HF（氢氟酸）的溶液中浸泡10秒 去离子水（ DI water ）冲洗10分钟 在 90℃的双氧水（H2O2）中煮10分钟 去离子水（ DI water ）冲洗（冷却）10分钟 用干燥的氮气（ N2 ）吹干 P-Type 10:1 HF（氢氟酸）的溶液中浸泡10秒 去离子水（ DI water ）冲洗10分钟 用干燥的氮气（ N2 ）吹干 1.4 ASTM表面处理 N-type 通过在表面生长10-20A 的氧化层以增强表面的扩散电势. P-type 由于表面受主态的影响会降低表面的扩散电势. 因此，表面受主态的中和十分重要 .氢离子会很有效的中和表面受主态. Vi Vd Vd’=Vd+Vi N-type P-type Reduction in Vd due to acceptor states Increase in Vd after acceptor states are neutralized ________ H+ H+ H+ H+ 1.5 系统校准 肖特基校准由两个参数值决定: Ccomp: 补偿电容 Aeff: 有效的电接触面积 一个不准确的有效接触面积（Aeff）会向上或向下平移载流子浓度曲线，从而导致载流子浓度值的错误. 一个不准确的补偿电容（ Ccomp ）会导致载流子浓度曲线产生明显的斜坡（ Ccomp 偏小向上倾斜，反之向下倾斜），从而出现曲线不平的情况. 1.5.1 概述 1.5系统校准 1.5.2 寄生电容 1.5系统校准 1.5.2 寄生电容 Cstray: Stray Capacitance—汞柱-毛细管玻璃壁-样片形成的电容. Cfringe: Fringe Capacitance–比汞实际接触面积更大的耗尽区中多余的电容. Ccables: Cable Capacitance–电容计与硅片之间导线的感应电容，表现为可变电容 在肖特基校准中, Cstray, Ccables 和 Cfringe 之和为 Ccomp: Ccomp = C cables + C stray + C fringe Cmeasure = C + Ccomp 1.5系统校准 1.5.3 补偿电容对测试的影响 N W Applied Ccomp lower than actual Applied Ccomp equal to actual Applied Ccomp higher than actual 1.5系统校准 1.5.4 补偿电容校准 用最低浓度的NTD 硅片 (小于1e14cm-3)执行补偿电容的测试. 目前, NTD 硅片浓度为：7.043E13cm-3. 推理: 用最低浓度可以使测试时肖特基电容的部分变得更小，从而使得补偿电容在测试的总电容中占据更大一部分，让补偿电容更加接近实际值. 1.5系统校准 1.5.5 接触面积校准 在补偿电容确定之后进行 材料需求: N-type 校准 3片测试范围内的 NTD 硅片(4E13 to 8 E14cm-3) . 取三片的平均值输入N-type校准系统. P-type 校准 3片浓度范围和N-type相似且均匀性要好的外延样片. 取三片的平均值输入P-type校准系统. 1.5系统校准 1.5.5接触面积校准 怎样测试Aeff? 在Aeff为0.024时, 测试硅片浓度，Nmeasure为测试值, Nknown为实际值. Aeff’是Aeff 的下一个迭代值.当Aeff’和 Aeff 的差距在0.01% 之内时则迭代结束，最后一个Aeff 为最终接触面积值. * 1.6 肖特基二极管的局限性和SPC监控 肖特基二极管的局限性: 能够测试的最小深度为：距硅片表面的5个德拜长度（LD）. SPC控制 一片MOS参考片可以用于SPC控制---监控汞探针的接触面积. 同样, 一片均匀性好的外延片也可用于SPC控制– 监控整个肖特基的测试过程及车间生产过程 案列 点检片数据波动大 1 异常现象： 从13年4月下旬开始，点检片出现超出报警线次数持续增多，严重影响生产效率。 2 异常分析： 经过分析查找发现，当探针头压在硅片上时，控制探针臂升降的气体皮球与探针臂尾部发生接触，这样就导致探针臂在测试升降的过程中皮球和探针臂尾部的接触位置发生错位，从而导致探针头压片时的状态发生变化，即导致测试数据发生较大变化而产生波动。 案列 点检片数据波动大 3 异常处理： 将升降装置提高致使在探针头压住硅片的情况下，气体皮球与探针臂尾部保持大约0.5mm空隙，这样即可保证在探针臂反复升降过程中，气体皮球与探针臂接触位置的稳定性，从而提高了测试数据的稳定性。 4 处理前后效果对比 处理前数据 案列 点检片数据波动大 处理后数据 结论：处理前后数据对比结果显示，数据波动次数明显减少，表明此异常处理收到良好效果。 样片划伤 谢 谢！ *