紅外光譜橢偏儀(yi)

       一、在半導體(ti) 工藝中，摻雜雜質類型、濃度及結深的改變都會(hui) 引起不同頻率的紅外光譜，介紹了一種通過紅外橢偏儀(yi) 測量淺結雜質分布的方法：利用 Drude 方程將 Si 中不同摻雜與(yu) 其引起的光學常量的變化對應起來，通過紅外橢偏分量 Ψ 和 Δ 的測量及模型擬合來測定半導體(ti) 中載流子的濃度分布。並建立高斯漸變層模型，即將離子注入退火後的非均勻摻雜層分成 n 小層，各層載流子濃度之間符合高斯分布，且每一層載流子濃度可以用 Drude 方程來描述。測量采用了可變角度的紅外光譜橢偏儀(yi) ，該測量方法具有非接觸性、非破壞性的優(you) 點，測量快捷方便。

       本文介紹一種利用紅外橢偏光譜儀(yi) 測量半導體(ti) 中載流子濃度的方法。利用紅外橢偏儀(yi) 測量 Si 中離子注入退火後的雜質濃度分布，具有測量精度高﹑非損傷(shang) 性以及能區分不同物理效應等優(you) 點。摻雜半導體(ti) 的光學吸收係數和折射率與(yu) 其中自由電子或空穴濃度有關(guan) 。從(cong) 原理上說，可以借助測量吸收係數或反射率來確定半導體(ti) 中載流子濃度。同時半導體(ti) 雜質注入退火後的載流子分布近似服從(cong) 高斯分布，紅外橢偏儀(yi) 正是基於(yu) 以上兩(liang) 點完成測量、模型建立及數據擬合，從(cong) 而確定雜質濃度分布的。利用這種光學方法的優(you) 點在於(yu) 非接觸和非破壞性的，適用於(yu) 淺結雜質分布的測量。

       紅外橢偏儀(yi) 的測量原理與(yu) 普通的光譜橢偏儀(yi) 一樣，也是測量橢偏參量 ψ 和 Δ。不同的是普通橢偏儀(yi) 的光譜範圍為(wei) 0. 37 ～ 1 μm，通常用來測量介質層、聚合物等薄膜厚度及光學常數。紅外橢偏儀(yi) 的光譜範圍為(wei) 2 ～ 30 μm，在這一光譜範圍內(nei) ，半導體(ti) 的光學吸收係數和折射率與(yu) 其中自由電子或空穴濃度有關(guan) 。可以借助於(yu) 測量吸收係數或反射率來確定半導體(ti) 中載流子濃度。

二、模型的建立

      注入退火後載流子分布與(yu) SiO2 和 SiN 等固定介電常數介質膜不同。注入退火後載流子分布是非均勻分布，其介電常數隨結深的不同而變化，因此可以建立一個(ge) 漸變層模型，即將整個(ge) 摻雜層分為(wei) n層，n 取值足夠大時，即可假定在每一小層內(nei) 有固定的介電常數。每一層的光學特性可以用經典Drude 模型來描述，該模型是將半導體(ti) 的電特性和光學特性相對應的一種模型。本次測量建立了兩(liang) 個(ge) 模型: ①在 n 型襯底注入p 型雜質並退火的模型; ②在 p 型稱底注入 n 型雜質並退火的模型。橢偏測量模型先通過 Drude 模型定義(yi) 各層摻雜濃度，再通過高斯分布將測得的各層雜質原子分數聯係起來得到一個(ge) 連貫的濃度分布圖。

三、結論

       通過紅外光譜橢偏儀(yi) 對摻雜半導體(ti) 進行橢偏數據測量，又通過 Drude 漸變層模型對測量數據進行擬合，從(cong) 而得到載流子的雜質分布圖。從(cong) 雜質分布圖可以得到峰值濃度雜質的、結深等摻雜層信息。

       紅外橢偏測量具有非接觸性、非破壞性的優(you) 點，測量快捷方便，可作為(wei) 半導體(ti) 製造工藝中在線監控雜質分布、結深的有效手段。尤其能夠對淺結雜質分布進行測量。缺點是摻雜濃度低時，通常是低於(yu) 10 18 cm-3 ，雜質在紅外波段引起的折射率及介電常數變化不靈敏，因此測量精確度不太高。