分析半導(dǎo)體摻雜的技術(shù)多種多樣，例如：xhPesmc

■ 掃描式電容顯微鏡（SCM ），我們經(jīng)常將它包含在我們的功耗報告中，這為我們提供了大面積的相對摻雜物分析。xhPesmc

■ 掃描式電阻測定（SRP）和二次離子質(zhì)譜（SIMS）可以給出定量分析，但是尺寸有限。寬度小于1μm的摻雜濃度的絕對值很難辨別。xhPesmc

■ 原子探針層析成像（APT）是一種非常適合小面積分析的技術(shù)，它允許在原子尺度上進行三維成像以及化學(xué)成分分析。它可以給出關(guān)于同時存在的離子的深度剖面和質(zhì)譜的生動剖析。xhPesmc

APT功率xhPesmc

APT的工作原理是將場蒸發(fā)（FE）原理與飛行時間質(zhì)譜（TOF-MS）相結(jié)合。離子到達檢測器的順序和它們的（x，y）坐標(biāo)已知的情況下，可以應(yīng)用簡單的基于幾何投影的算法來最終實現(xiàn)樣本的3D重建。APT可能提供介于0.25-1.25nm的高空間分辨率，具體取決于所分析的材料。xhPesmc

同預(yù)測一樣，APT的靈敏度只受計數(shù)統(tǒng)計的限制，如果探測足夠大的體積，靈敏度可以達到10原子ppm。因此，APT是一種強大的3D元素繪圖技術(shù)，有可能產(chǎn)生接近原子級的分辨率和接近單個原子的檢測效率。xhPesmc

TechInsights的UnitedSiC第四代SiC JFETs庫中已經(jīng)收集了大量分析：而這些分析內(nèi)容可以在我們的訂閱中的SiC電源電路布局報告、電源要點摘要和工藝流程分析里找到。該產(chǎn)品還是前一篇博客的主題，也是關(guān)于討論SiC產(chǎn)品電氣特性測試超過規(guī)格書的參數(shù)范圍的博客系列的一部分。目前，TechInsights和加拿大安大略省麥克馬斯特大學(xué)加拿大電子顯微鏡中心（CCEM）的同事們合作，以開展更深入的分析。xhPesmc

CCEM擁有各種最先進的電子和離子顯微鏡，以及CAMECA局部電極原子探針（LEAP）4000X HR。這些儀表有助于研究各種材料的納米特性和現(xiàn)象，包括金屬、合金、半導(dǎo)體、陶瓷、礦物甚至生物材料。xhPesmc

特別是對于半導(dǎo)體器件的分析，除了元素的定量3D映射和各種層/界面的可視化之外，APT數(shù)據(jù)還可以揭示有趣的細(xì)節(jié)，例如摻雜劑對缺陷的分離、納米尺度特征和界面的濃度分布、局部成分等。反過來，這些信息可以提供對器件性能/故障及其制造工藝的寶貴分析。xhPesmc

目標(biāo)分析器件 - UnitedSiC第四代SiC JFETxhPesmc

UnitedSiC UJ4C075018K4S的額定電壓為750 V，導(dǎo)通電阻（RDS.（ON））為18mΩ。xhPesmc

與UnitedSiC第三代產(chǎn)品的3.03 mΩ.cm2相比，這些技術(shù)進步帶來了更低的1.32 mΩ.cm2的導(dǎo)通電阻（RDS.ON（SP））。這不僅低于UnitedSiC的上一代產(chǎn)品，也低于我們迄今為止觀察到的任何650 V SiC MOSFET。（還要注意，這實際上是一個750V的設(shè)備）xhPesmc

從過去的經(jīng)驗來看，在SiC中的p-type摻雜比例研究一直是具有挑戰(zhàn)性的。鋁（Al）是最佳的候選受體，但是注入Al的4H-SiC在1400℃退火時電激活率小于10%，需要1600℃退火才能接近100%激活。xhPesmc

與p-type摻雜比例相關(guān)的挑戰(zhàn)和相關(guān)問題，例如來自注入的壽命致命缺陷和來自高溫退火的晶格畸變，這就是我們至今仍未見到商業(yè)上可用的雙極型功率半導(dǎo)體器件（例如SiC中的IGBTs）的重要原因。xhPesmc

UJ4C075018K4S裝置的APTxhPesmc

實現(xiàn)FE所需的表面電場的幅度可以高達數(shù)十 V/nm，這在實驗室設(shè)置中幾乎不可能實現(xiàn)。為了解決這個問題，APT樣品基本上被制備成針狀體的形式，其頂點直徑為50-100納米量級，這樣一些kV的應(yīng)用就可以產(chǎn)生所需的表面電場大小。因此，APT樣品制備是一個重要的過程，需要專用儀器。使用高度聚焦的高能離子束（通常是鎵或氙）實現(xiàn)關(guān)注區(qū)域（ROI）的目標(biāo)提升和成形，同時使用掃描電子束使其成像。xhPesmc

當(dāng)前研究的目標(biāo)是量化SiC JFET溝道中的p型摻雜劑，并且顯現(xiàn)其在溝道中的3D分布。兩次成功的APT實驗分別收集了3400萬和3700萬個離子。確認(rèn)p型摻雜劑是Al。在解決質(zhì)量峰重疊后，可以在合理的誤差范圍內(nèi)對每個樣品中的Al含量進行定量，并得出1e-19 atoms/cm3的平均值（表1）。同一個表中還顯示了每次實驗測定的Si、C和Al含量。xhPesmc

值得注意的是，APT重構(gòu)揭示了Al在柵極區(qū)域內(nèi)的極不均勻分布，這表明它與SiC中的晶體缺陷分離。這些缺陷可能是離子注入工藝的結(jié)果，每個這樣的簇中的Al原子的數(shù)量包含大約1000個Al原子。正如人們所預(yù)料的，這種設(shè)備通道內(nèi)的局部和隨機不均勻組合不可取，因為它們可能增加設(shè)備性能的可變性，并最終降低可靠性。xhPesmc

總結(jié)xhPesmc

這項工作證明，APT可以用于從半導(dǎo)體器件中獲得高度局域化的信息。未來，TechInsights希望擴展我們的分析，以研究沿側(cè)壁的摻雜劑分布、SiC/SiO界面的質(zhì)量和Ni硅化物門內(nèi)部的局部成分變化。xhPesmc

作者：xhPesmc

Stephen Russell （TechInsights Sr. Process Analyst_Power Devices）xhPesmc

合著作者：xhPesmc

Ramya Cuduvally（CCEM和麥克馬斯特大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）xhPesmc

Brian Langelier（CCEM和麥克馬斯特大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）xhPesmc