首頁 晶圓/LED製程工程師必看! 計算P/N離子濃度利器是…

晶圓/LED製程工程師必看! 計算P/N離子濃度利器是…

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晶圓/LED製程工程師必看! 計算P/N離子濃度利器是…

by ruby

發佈日期:2017/12/26
發佈單位:iST宜特

半導體製程利用離子植入/擴散方式,進行電流大小控制與P/N電性調變,如何精準計算摻入數量與深度?
LED磊晶摻入雜質原子,形成P/N type,如何得知摻入數量?

由於LED/半導體的P型與N型,是藉由摻入的雜質濃度來調整;而隨著半導體追逐摩爾定律,在不斷向下挑戰奈米等級、晶圓/LED製程不斷調整之際,控制好半導體製程的參數,以維持元件/磊晶穩定性是首要步驟,倘落未能妥善監控雜質摻入濃度,將有可能影響電流/電阻特性,進而影響IC/LED效能。

本月小學堂,就要和身為晶圓/LED製程工程師的您分享,得知P/N 離子濃度分佈的絕佳利器-二次離子質譜分析技術(SIMS)。

速讀SIMS原理

樣品通過使用一次離子進行濺射/蝕刻,在濺射過程中形成的二次離子,利用質譜儀來進行分析。主要是利用離子高靈敏度的特性,針對樣品的微汙染,摻雜與離子植入的定量分析,以及介面擴散行為的研究,均具有高解析的偵測能力。

(一) SIMS常見的問題
  • 任何元素都可以分析嗎?

    在週期表中所有的元素都可以經由SIMS來進行分析,一般常見半導體製程為分析P型-硼離子(B)、N型-磷(P)與砷(As)等離子;而在LED磊晶上,主要分析P型-鎂(Mg)與N型-矽(Si)。

    對於大部分元素的最低偵測極限可達ppma(1E-6),甚至對於部份元素的偵測極限高達ppba (1E-9),因此被廣泛的應用於半導體以及薄膜材料的微量檢測分析上。

  • SIMS分析可以得到哪些訊息?

    iST的SIMS高質量解析力除了可進行摻雜植入量的濃度分析外,還可進行P/N介面的深度分析(Junction Depth),以及BULK材料中微量元素的濃度分析。

  • 分析的樣品有何限制?

    主要應用為破壞式的分析方式,任何樣品包括LED、面板類、太陽能、PCB以及基本的Si晶圓製程均可適用,最佳樣品尺寸為10mm.表面須平滑,可以獲得較好的解析度。分析深度可由數十奈米(nm)至數十微米(um)。

(二) 實際分析出的元素圖
  • 案例一:偵測極限ppba level分析

    • 分析樣品: 半導體矽晶圓
    • 以下是宜特測試SIMS機台的最高極限,分析半導體矽晶圓之砷(As)離子植入的濃度,從圖可了解,SIMS可判斷高達0.2 ppba的偵測極限。

    N型 :砷(As)離子植入Si晶片之縱深分佈圖

  • 案例二:高解析SIMS分析

    • 分析樣品: 半導體矽晶圓
    • 經由多層奈米厚度的硼(B)植入分析,可從中了解SIMS的縱深解析度。以下是宜特測試SIMS機台的深度分析能耐,藉此特殊的高解析分析技術可從中了解最小的縱深解析度達1.65nm。

    P型: 硼(B) )離子植入Si晶片之縱深分析圖

  • 案例三:LED磊晶濃度分析

    • 分析樣品: LED磊晶
    • LED 在SIMS分析中,需要觀測的微量元素高達七八種,以下可得知磊晶中鎂(Mg, P型)與矽(Si, N型)的濃度分佈,並結合TEM分析的影像後,即可得知各元素在磊晶中的相對位置。

    上圖為: SIMS分析,得知濃度分布 / 下圖為: TEM分析,得知元素相對位置

本文與各位長久以來支持宜特的您,分享檢測驗證經驗,若您有樣品異常現象需要判斷檢測,或是對相關知識想要更進一步了解細節,不要猶豫,歡迎洽+886-3-579-9909分機6613張先生(Johnson) Email: sa_tw@istgroup.com

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