Métrologie à effet Hall différentiel (DHEM)

La métrologie à effet hall différentiel (DHEM) est une technique de caractérisation électrique utilisée pour obtenir des profils de profondeur de dopants actifs (concentration de porteurs), de résistance de feuille et de mobilité de porteurs à travers un film semi-conducteur isolé électriquement. Typiquement, les échantillons de Si, SiGe, Ge sont analysés jusqu'à 100 nm de profondeur. Des échantillons non typiques tels que des échantillons III-V ou Si plus épais ont également été analysés avec des étapes de traitement supplémentaires.

Les films à caractériser sont configurés pour former un motif de test mesa qui isole électriquement une partie du film semi-conducteur du reste du matériau en vrac environnant. Le motif de test mesa a quatre régions pour les contacts de sonde. Les contacts doivent être raisonnablement ohmiques et injecter des courants stables à des niveaux produisant des rapports signal sur bruit élevés. Une buse de traitement scellée au milieu du motif de test oxyde ou grave en continu une zone de test en contact avec des électrolytes au moyen d'un traitement électrochimique.

Pour obtenir des données DHEM, l'épaisseur électriquement active (chemin électrique) de la couche semi-conductrice dans la région de test est réduite par étapes contrôlées par traitement électrochimique (gravure ou oxydation), et la résistance de la feuille et la mobilité du film restant sont déterminées par effet Hall. mesures après chaque étape de réduction d'épaisseur. Cette procédure est répétée jusqu'à ce que la profondeur de cratère souhaitée soit atteinte ou jusqu'à ce que la résistance de couche du film dépasse environ 1 M ohm/carré (peut être inférieure pour certains matériaux tels que le Ge). Les données résultantes sont ensuite interprétées à l'aide d'équations différentielles qui donnent des profils de résistance de couche, de résistivité, de concentration de porteurs et de mobilité en fonction de la profondeur.

Utilisations idéales du DHEM

  • Pour mesurer le profil de profondeur des dopants actifs, la résistance de la feuille et la mobilité des porteurs dans une couche semi-conductrice électriquement isolée
  • Pour évaluer l'activation du dopant ou la variation de la mobilité à travers le film et aux interfaces

Nos points forts

  • La concentration de porteur (dopants actifs) est mesurée, contrairement au SIMS, qui mesure la concentration totale de dopant
  • Réduction dynamique de l'épaisseur et mesure de la mobilité, de la résistance des feuilles et de la concentration en porteurs

Limites

  • Destructif
  • Une jonction pn doit isoler le film à mesurer du substrat, ou le film à mesurer doit être posé sur une couche isolante.

Spécifications techniques DHEM

  • Les substrats typiques incluent Si, Ge, SiGe
  • D'autres substrats tels que les matériaux à couche mince III-V peuvent être analysés avec des étapes de traitement supplémentaires
  • Des profils de profondeur de dopant actif et de mobilité pour la proximité de la surface et jusqu'à 100 nm sont réalisables, avec une résolution monocouche
  • Taille minimale de l'échantillon 1.5 × 1.5 cm

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