表面電位與表面濃度關係

由於在原有的各組數據中，並非每個濃度值都能代表真實的載子濃度。如 (intrinsic carrier density)。依本實驗的試片條件計算出的內建電位應為

0.7~0.8 V左右，但實際利用KFM量測 pn區域所得到的表面電位差值卻小

( )

_S D E

(

_B

)

面形成時，載子在垂直於接面的方向移動，所造成空間電荷(space charge) 的程度，與表面pn接面的情況未必相同。對於矽表面而言，往往具有表面 能態存在，而這些表面能態分為施體型(donor type)與受體型(accepter type) 兩種，前者若位於費米能階以上，會因釋放電子而帶正電性；後者若位於

而使得表面費米能階的位置都趨向能帶中間，因而造成了表面電位差小於

位差 [39]。

徑增加，甚至可達數百奈米。如此一來，除了損失空間解析度，也會造成 等效探測面積的增加，致使在某一位置所量得的電位數值，實際上是由相 當範圍內的試片表面電位所共同決定。欲排除此效應，可選用針尖等效半 徑較小的探針進行量測，但隨著針尖的縮小可能會導致訊號的弱化與雜訊 的增加，則是必須加以考慮的問題。

因此，本章雖已建立了表面電位差與載子濃度之間的換算關係，但在 量測擴散所形成的載子濃度變化時，目前所用的量測系統仍有許多不足之 處。將可針對造成差異的確切原因加以檢討，並作進一步的改善，以強化 KFM系統量測載子濃度輪廓的功能。

綜而言之，本章利用KFM表面電位差的量測結果，求得與表面濃度之 間的校正關係，以期應用在表面電位差對表面濃度的轉換。但由於各組表 面濃度量測的差異，使得所求出的校正關係也具有誤差。此外，KFM所量 得的表面電位差低於理論值甚多，且對於低濃度而言，表面電位對於濃度 變化並不敏感，且僅有數個mV左右，很容易受到雜訊的影響。這些因素，

皆使得KFM的適用範圍受到限制。

As⁺ implant dose

(cm^-2) 5×10¹⁵ 2×10¹⁵ 1×10¹⁵ 2×10¹⁴ 5×10¹³ 1×10¹³

n⁺p 46.22 88.76 155.5 905.8 2114 4680 Sheet resistance

(Ω/sq.) _n⁺_n 19.66 26.59 29.91 35.22 35.28 36.37

SIMS integration (cm^-2) 1.32×10¹⁵ 4.08×10¹⁴ 1.63×10¹⁴ 3.67×10¹³ 1.29×10¹³ 5.65×10¹² conc. (cm^-3) 1.3×10²¹ 4.7×10²⁰ 3.0×10²⁰ 3.3×10¹⁹ 2.4×10¹⁹ 3.3×10¹⁸ 貴儀

SIMS integration (cm^-2) 1.60×10¹⁶ 4.88×10¹⁵ 2.35×10¹⁵ 2.02×10¹⁴ 1.64×10¹⁴ 2.48×10¹³ conc. (cm^-3) 3.0×10²⁰ 1.3×10²⁰ 6.4×10¹⁹ 1.4×10¹⁹ 5.0×10¹⁸ 9.1×10¹⁷ 閎康

SIMS integration (cm^-2) 4.40×10¹⁵ 1.23×10¹⁵ 4.54×10¹⁴ 8.91×10¹³ 3.27×10¹³ 8.02×10¹²

表 4-1：As⁺植入的片電阻值、表面濃度、濃度對深度的積分值以及 LD 或 LTF值。

BF₂⁺ implant dose

(cm^-2) 5×10¹⁵ 2×10¹⁵ 1×10¹⁵ 2×10¹⁴ 5×10¹³ 1×10¹³

p⁺n 61.55 112.0 267.9 832.3 2301 5850 Sheet resistance

(Ω/sq.) _p⁺_p 38.82 78.54 129.0 221.3 296.7 332.7

SIMS integration (cm^-2) 2.44×10¹⁵ 1.06×10¹⁵ 5.46×10¹⁴ 1.78×10¹⁴ 4.91×10¹³ 9.47×10¹² conc. (cm^-3) 1.2×10²⁰ 6.9×10¹⁹ 4.6×10¹⁹ 1.9×10¹⁹ 5.1×10¹⁸ 1.2×10¹⁸ 貴儀

SIMS integration (cm^-2) 4.30×10¹⁵ 1.65×10¹⁵ 7.91×10¹⁴ 2.48×10¹⁴ 7.00×10¹³ 1.35×10¹³ conc. (cm^-3) 7.1×10¹⁹ 4.2×10¹⁹ 3.0×10¹⁹ 1.3×10¹⁹ 3.6×10¹⁸ 9.1×10¹⁷ 閎康

SIMS integration (cm^-2) 2.48×10¹⁵ 9.79×10¹⁴ 4.66×10¹⁴ 1.49×10¹⁴ 4.24×10¹³ 8.98×10¹²

表 4-2：BF2+植入的片電阻值、表面濃度、濃度對深度的積分值以及 LD或 LTF值。

p-substrate n-substrate

Resistivity (Ω-cm) 15~25 2~4

Wafer

spec. Concentration (cm^-3)

5.33×10¹⁴~8.89×1 0¹⁴

1.14×10¹⁵~2.34×1 0¹⁵ Sheet resistance

(Ω/sq.) 397 40.8

Resistivity (Ω-cm) 24.80 2.548

4-point

(a)

n⁺p A B

交大SRP 12.32318 4.08347

漢磊SRP 11.32379 4.46338

C-V method 16.89771 1.37829

NDL SIMS 15.82017 2.15429

貴儀SIMS 15.36171 3.01921

閎康SIMS 14.84928 2.97483

所有濃度值 14.42914 3.01225 選取的濃度值 15.93808 2.07342

(b)

p⁺n A B

交大 SRP 14.52143 2.63326

漢磊 SRP 14.02947 2.81334

C-V method 17.13861 1.16163

NDL SIMS 16.54461 1.68156

貴儀 SIMS 16.49806 1.77654

閎康 SIMS 16.46516 1.68397

所有濃度值 15.86622 1.95838 選取的濃度值 16.77862 1.45934

表4-4：(a)n⁺p試片的線性關係係數。(b)p⁺n試片的線性關係係數。

(a) (b)

(c) (d)

圖 4-1：n⁺p 試片的表面電位。(a)植入劑量為 5×10¹⁵ cm^-2的掃描影像，(b) 得到表面電位差76 mV。(c)植入劑量為2×10¹⁴ cm^-2的掃描影像，(d)得到表 面電位差30 mV。

(a) (b)

(c) (d)

圖 4-2：p⁺n 試片的表面電位。(a)植入劑量為 5×10¹⁵ cm^-2的掃描影像，(b) 表面電位差103 mV。(c)植入劑量為2×10¹⁴ cm^-2的掃描影像，(d)表面電位 差36 mV。

10¹³ 10¹⁴ 10¹⁵ 10¹⁶ 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Potential diff. (mV)

Dose (cm^-2)

n⁺p p⁺n

圖4-3：試片植入劑量與所得表面電位的關係。

(a)

(a)

(a)

(a)

As implant 20KeV 5E15 cm^-2

BF₂ implant 20KeV 5E15 cm^-2

(a)

As implant 20KeV 5E15 cm^-2

BF₂ implant 20KeV 5E15 cm^-2

(a)

As implant 20KeV 5E15 cm^-2

BF2 implant 20KeV 5E15 cm^-2

(a)

Sheet resistance (Ω/sq.)

Dose (cm^-2)

Sheet resistance (Ω/sq.)

Dose (cm^-2)

n⁺n p⁺p

圖4-10：(a)n⁺p及p⁺n試片的片電阻值。(b)n⁺n及p⁺p試片的片電阻值。

(a)

Potential Diff. (mV)

n⁺p

NCTU SRP Episil SRP C-V method NDL SIMS NTHU SIMS MA-Tek SIMS

(b)

Potential Diff. (mV)

p⁺n

NCTU SRP Episil SRP C-V method NDL SIMS NTHU SIMS MA-Tek SIMS

圖4-11：表面電位差與各組植入區域表面濃度的關係 ^[註]。(a)n⁺p，(b)p⁺n。

[註] NCTU：交通大學奈米中心，Episil：漢磊科技公司，NDL：國家奈米元件實驗室，

NTHU：清華大學貴重儀器中心，MA-Tek：閎康科技公司。

(a)

Potential Diff. (mV)

n⁺p

NCTU SRP Episil SRP C-V method NDL SIMS NTHU SIMS MA-Tek SIMS

(b)

Potential Diff. (mV)

p⁺n

NCTU SRP Episil SRP C-V method NDL SIMS NTHU SIMS MA-Tek SIMS

圖4-12：表面電位差與所有植入區域表面濃度的關係。(a)n⁺p，(b)p⁺n。

(a)

SIMS & C-V SRP

Concentration (cm-3 )

Potential diff. (mV)

n⁺p

NCTU SRP Episil SRP C-V method NDL SIMS NTHU SIMS MA-Tek SIMS

(b)

SIMS & C-V SRP

Concentration (cm-3 )

Potential diff. (mV)

p⁺n

NCTU SRP Episil SRP C-V method NDL SIMS NTHU SIMS MA-Tek SIMS

圖4-13：表面電位差與選取的植入區域表面濃度的關係。(a)n⁺p，(b)p⁺n。

(a)

(b)

圖4-14：由於表面能態的影響，使得載子空乏，表面能帶結構彎曲。(a)n 型半導體的表面淨電荷為負，能帶向上彎曲。(b)p型半導體表面淨電荷為 正，能帶向下彎曲。

(a) selective conc. data all conc. data NTHU SIMS data Episil SRP data Potential Diff.

Distance (µm) selective conc. data all conc. data NTHU SIMS data Episil SRP data Potential Diff.

Distance (µm)

在文檔中 以掃描探針測量矽半導體載子濃度 (頁 61-86)