ECV测试原理及相关分析.ppt

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1、ECV测试原理及相关分析工艺部王永伟ECV测试原理内容简介ECV背景介绍ECV测试常见问题及分析ECV测试曲线的理解第一部分ECV背景介绍ECV背景介绍对于半导体器件的设计和制造而言，器件中载流子浓度、掺杂厚度以及杂质分布都是必须严格控制的参数，就要求对载流子的浓度及分布有更精确可靠的测量。目前，业界已有几种表征杂质浓度分布的方法，如扩展电阻法、电容-电压法(C-V)、二次离子质谱(SIMS)、微分霍耳法、电化学电容-电压法(ECV)等。这些技术各有其自身的优缺点。传统的C-V法尽管实验方法简单，有较好的分辨率及精确性，但它受限于反偏电压下的击穿，不易表征高掺杂样品和具

2、有一定深度分布的样品以及pn结；扩展电阻法可以测量pn结且不受深度的限制，但其要求精细的样品准备、探针选择以及数据提取与校正，杂质浓度分布的表征依赖于校正因子和迁移率的选择，且由于磨角度数和探针半径的限制，用它表征几十纳米结深的超浅结非常困难；微分霍耳法通过反复测试剥层前后薄层电阻和面霍耳系数的变化可以同时测量出载ECV背景介绍流子浓度及迁移率的深度分布，也可以测量pn结，但精确控制超薄层的剥离和精确测量霍耳效应在技术上是巨大的挑战，尤其对于几十纳米结深的超浅结；SMIS法有较好的分辨率及精确度，也可以表征pn结，但它需要复杂昂贵的设备，同时所测出的杂质浓度是原子浓度而

3、不是电激活杂质浓度；ECV方法利用合适的电解液既可作为肖特基接触的电极测量C-V特性，又可进行电化学腐蚀，因此可以层层剥离测量电激活杂质的浓度分布，剖面深度不受反向击穿的限制，并可测量pn结，目前它在Ⅲ-V族化合物半导体中已有较多的应用，但ECV法对硅尤其是几十纳米结深和以上掺杂浓度的超浅结的表征研究较少。第二部分ECV测试原理ECV测试原理半导体电化学腐蚀是根据电化学中阳极氧化及电解原理来实现的。固体物质在液体中消溶有两种方法：一种是湿法腐蚀，即在不加外电场的情况下，利用固体和液体之间的化学反应，使固体逐渐腐蚀；另一种是电化学腐蚀，即将固体置于电解液中，外加直流电压，

4、电压正极接需要被腐蚀的固体物质，电压负极接一不被溶解且导电性良好的电极，通电后，阳极物质在电场和电解液的作用下逐渐被氧化、腐蚀。电化学微分电容电压（Electrochemicalcapacitance-voltageprofiler）简称ECV，它是利用电解液来形成势垒并对半导体加以正向偏压(p型)或反向偏压(n型并加以光照)进行表面腐蚀去除已电解的材料，通过自动装置重复“腐蚀-测量”循环得到测量曲线，然后应用法拉第定律，对腐蚀电流进行积分就可以连续得到腐蚀深度。尽管这种方法是破坏性的，但理论上它的测量深度是无限的，这种方法称之为ECV。ECV测试原理载流子的电荷密度为

5、：（1）式中，是真空介电常数，是半导体材料的介电常数，e是电子电量，A是电解液/半导体接触的面积，是C-V曲线在耗尽层边缘的斜率。该载流子浓度所对应的总深度为：（2）式中，是耗尽层的深度，可由平板电容器公式求出，即（3）是腐蚀深度，由法拉第定律计算：（4）式中，M是所测半导体的分子量，F是法拉第常数，是所测半导体的密度，A是电解液/半导体接触的面积，I是即时溶解电流，z是溶解数(即每溶解一个半导体分子转移的电荷数）。ECV测试原理ECV测试分为两步：首先是测量电解液／半导体界面形成的Schottky势垒的微分电容来得到载流子浓度，然后利用阳极电化学溶解反应，按照设定的速

6、率去除测量处的样品。方程（1）提供了一种简易的载流子密度测定方法，通过使用可调制的高频电压来改变参数C和dC/dV，不停地重复“腐蚀一测量”循环就可以得到载流子浓度与深度的关系,从而实现测试目的。第三部分ECV测试常见问题及分析ECV测试常见问题及分析1.测试中Lamp、V-etch、Resl′n对测试结果的影响半导体材料的电化学腐蚀依赖于空穴的存在。p型材料有较多的空穴，通过半导体/电解液交界处施加正向偏压，溶解容易完成，所以对于P-type的电化学腐蚀，无需光照。而对于n型材料，其中电子是多数载流子，空穴是少子,由于空穴的形成才能引起电化学腐蚀的发生。所以需用波长足

7、够短的的光照射半导体/电解液交界处，产生电子空穴对。对于N-type的电化学腐蚀，半导体内部必须有透入光以提供空穴电流，要求入射光相对测试材料是透明的，选择合适的腐蚀电压和光照强度可以得到可重复、均匀、轮廓清晰的腐蚀面，所以在测试过程中需要保持Lamp的打开，给予硅片光照。V-etch控制Ie的大小，通过调节V-etch可以调节Etchingcurrent（Ie）的大小。但是如果V-etch过大，会导致腐蚀不均匀，测试时容易出现乱点；Resl′n是设定测试的步长，可根据自己的需要设定，但在实际测试时，过多改变Resl′n会对结果造成影响。