THz-Zeitbereichsspektroskopie

Hochpräzise Widerstandsmessung von dünnen epitaktischen Schichten und Substraten

Ziel

Die Messung des spezifischen Widerstands von Epitaxieschichten auf hochdotierten Halbleitern ist eine große Herausforderung, aber aus mehreren Gründen von entscheidender Bedeutung:

Bewertung der Materialqualität als Einblick in die strukturelle und elektronische Qualität
Überprüfung der Dotierdichte
Vorhersage der Bauelementleistung
Ermittlung von Materialparametern wie der Ladungsträgerkonzentration
Prozessentwicklung und Simulation von Dotierungsmodellen
Erkennung von Verunreinigungen, Prozessdrift, Inhomogenitäten und Defekten

Daher ist die Verfügbarkeit einer solchen Messung mit Präzision und Reproduzierbarkeit für fortschrittliche Halbleiteranwendungen von entscheidender Bedeutung. Bislang stehen nur zerstörende Methoden mit keiner oder geringer räumlicher Auflösung wie Mercury CV zur Verfügung.

Lösung

Gemeinsam mit Toptica, dem Fraunhofer ITWM, dem Fraunhofer IISB und der TU Bergakademie Freiberg wurde ein Kartierungswerkzeug auf Basis der THz-Zeitbereichsspektroskopie (TDS) in einer Reflexionsgeometrie entwickelt, das hochpräzise Kartierungen mit einer Auflösung von 1 mm für alle Arten von Epitaxieschichten auf hochdotierten Materialien (Si, SiC und weitere) ermöglicht.

Diese neue THz-Methode ermöglicht die Messung des spezifischen Widerstands von Bulk-Wafern im Bereich von 0,1 bis 100 Ωcm oder von Epitaxieschichten mit einer Dicke von > 10 µm und einer Dotierkonzentration von 8 × 10¹⁵ cm^-3 bis 4 × 10¹⁸ cm^⁻³. Sogar die gleichzeitige Messung von Substrat und Epitaxieschicht ist möglich. Die Messung erfolgt berührungslos und zerstörungsfrei und ist daher ideal für industrielle Anwendungen [1].

Anwendungsbeispiel

Abbildung 1 zeigt eine beispielhafte Darstellung der Dotierungsdichte eines hochdotierten 4-Zoll-4H-SiC-Substrats mit einer 11 µm dicken Epitaxieschicht. Die Wachstumsfläche im Substrat ist ebenso deutlich zu erkennen wie der radiale Gradient der Dotierung in der Epitaxieschicht. Die Randausschlusszone beträgt ca. 3 mm, und es wird eine Reproduzierbarkeit von über 99 % erreicht.