Mikrokokoistetut leviämisvastus- ja nelipisteanturimittaukset puolijohderakenteen varauksenkuljettajien syvyysjakaumien määrittämisessä

Abstract

Entistä pienemmät puolijohderakenteet vaativat analyysityökaluilta erittäin hyvää herkkyyttä, jonka on myös kehityttävä rakenteiden vaatimusten mukaisesti -- muussa tapauksessa kehitys voi hidastua hyvin paljon ilman kunnollista tietoa valmistusmenetelmien tuloksista. Yksi oleellinen osa rakenteiden analysoimisessa on tieto seostusatomien ja varauksenkuljettajien pitoisuuksista rakenteen syvyyssuunnassa, eli syvyysjakauma. Vuosikymmeniä syvyysjakauman mittaukseen on käytetty leviämisvastusmittausta (SRP, engl. Spreading Resistance Profiling), ja nelipisteanturimittausta (4PP, engl. Four Point Probe) on käytetty kuvaamaan koko syvyysjakauman vaikutusta sähköisessä kontaktissa. Molempien tekniikoiden mittausherkkyydet ovat oleellisesti riippuvaisia antureiden koosta.

Tässä työssä verrataan mikrokokoistettujen SRP- ja 4PP-tekniikoiden -- M2PP ja M4PP -- tuloksia toisiinsa ja perinteiseen SRP-tekniikkaan. M4PP-anturi on niin pieni kooltaan, että myös sillä voidaan mitata syvyysjakauma. Viidestä erilaisesta, korkeasti seostetusta ja ohuesta germanium-puolijohderakenteesta mitattiin vastussyvyysjakaumat, jonka pohjalta osasta laskettiin myös varauksenkuljettajien syvyysjakaumat. M2PP-mittaukset olivat ensimmäisiä SRP-mittauksia käyttäen M4PP-anturia, ja ne sekä M4PP-mittaukset suoritettiin käyttäen Imec-tutkimuslaitoksen MicroRSP M-150 -mittauslaitetta (Capres A/S). M4PP-mittauksissa käytettiin 1,5- ja 10 µm-antureita, kun taas M2PP-mittauksissa ainoastaan 10 µm-anturia.

Mittaustulosten perusteella M2PP- ja M4PP-antureiden koolla on merkitystä. M2PP-mittauksissa esiintyvästä kohinaongelmasta huolimatta mittaukset olivat huomattavasti herkempiä perinteisen SRP-mittaukseen verrattuna. M4PP-tekniikalla saadut tulokset olivat samanlaisia kuin vastaavat SRP-tekniikan tulokset, mutta mittauksen suoritus ja sen analysointi olivat huomattavasti helpompia ja yksinkertaisempia suorittaa. Näiden lisäksi mittauksissa tuli esille viitteitä germaniumin pintatilojen tunnetusta ja suuresta merkityksestä. Pintatilojen vaikutus voi huomattavasti hankaloittaa analysointia molempien tekniikoiden tapauksessa.