ECV測試原理及相關分析

1、ECVECVECVECVECVECV測試測試測試測試測試測試原理原理原理原理原理原理及相關分析及相關分析及相關分析及相關分析及相關分析及相關分析工藝部工藝部 王永偉王永偉 ECVECV測試原理測試原理內內 容容 簡簡 介介 ECV ECV背景介紹背景介紹 ECVECV測試常見問題及分析測試常見問題及分析 ECVECV測試曲線的理解測試曲線的理解第一部分第一部分ECVECV背景介紹背景介紹ECVECV背景介紹背景介紹對于半導體器件的設計和制造而言，器件中載流子濃度、摻雜厚度對于半導體器件的設計和制造而言，器件中載流子濃度、摻雜厚度以及雜質分布都是必須嚴格控制的參數(shù)，就要求對載流子的濃度及以及雜質

2、分布都是必須嚴格控制的參數(shù)，就要求對載流子的濃度及分布有更精確可靠的測量。目前，業(yè)界已有幾種表征雜質濃度分布分布有更精確可靠的測量。目前，業(yè)界已有幾種表征雜質濃度分布的方法，如擴展電阻法、電容的方法，如擴展電阻法、電容- -電壓法電壓法(C-V )(C-V )、二次離子質譜、二次離子質譜 (SIMS)(SIMS)、微分霍耳法、電化學電容、微分霍耳法、電化學電容- -電壓法電壓法(ECV) (ECV) 等。這些技術各有等。這些技術各有其自身的優(yōu)缺點。傳統(tǒng)的其自身的優(yōu)缺點。傳統(tǒng)的C-VC-V法盡管實驗方法簡單，有較好的分辨率法盡管實驗方法簡單，有較好的分辨率及精確性，但它受限于反偏電壓下的擊穿，不

3、易表征高摻雜樣品和及精確性，但它受限于反偏電壓下的擊穿，不易表征高摻雜樣品和具有一定深度分布的樣品以及具有一定深度分布的樣品以及pnpn結；擴展電阻法可以測量結；擴展電阻法可以測量pnpn結且不結且不受深度的限制，但其要求精細的樣品準備、探針選擇以及數(shù)據(jù)提取受深度的限制，但其要求精細的樣品準備、探針選擇以及數(shù)據(jù)提取與校正，雜質濃度分布的表征依賴于校正因子和遷移率的選擇，且與校正，雜質濃度分布的表征依賴于校正因子和遷移率的選擇，且由于磨角度數(shù)和探針半徑的限制，用它表征幾十納米結深的超淺結由于磨角度數(shù)和探針半徑的限制，用它表征幾十納米結深的超淺結非常困難；微分霍耳法通過反復測試剝層前后薄層電阻和面

4、霍耳系非常困難；微分霍耳法通過反復測試剝層前后薄層電阻和面霍耳系數(shù)的變化可以同時測量出載數(shù)的變化可以同時測量出載ECVECV背景介紹背景介紹流子濃度及遷移率的深度分布，也可以測量流子濃度及遷移率的深度分布，也可以測量pnpn結，但精確控制超結，但精確控制超薄層的剝離和精確測量霍耳效應在技術上是巨大的挑戰(zhàn)，尤其對薄層的剝離和精確測量霍耳效應在技術上是巨大的挑戰(zhàn)，尤其對于幾十納米結深的超淺結；于幾十納米結深的超淺結；SMISSMIS法有較好的分辨率及精確度，也法有較好的分辨率及精確度，也可以表征可以表征pnpn結，但它需要復雜昂貴的設備，同時所測出的雜質濃結，但它需要復雜昂貴的設備，同時所測出的雜

5、質濃度是原子濃度而不是電激活雜質濃度；度是原子濃度而不是電激活雜質濃度；ECVECV方法利用合適的電解液方法利用合適的電解液既可作為肖特基接觸的電極測量既可作為肖特基接觸的電極測量C-V C-V 特性，又可進行電化學腐蝕特性，又可進行電化學腐蝕，因此可以層層剝離測量電激活雜質的濃度分布，剖面深度不受，因此可以層層剝離測量電激活雜質的濃度分布，剖面深度不受反向擊穿的限制，并可測量反向擊穿的限制，并可測量pnpn結，目前它在結，目前它在-V-V族化合物半導體族化合物半導體中已有較多的應用，但中已有較多的應用，但ECVECV法對硅尤其是幾十納米結深和法對硅尤其是幾十納米結深和 以上摻雜濃度的超淺結的

6、表征研究較少。以上摻雜濃度的超淺結的表征研究較少。320/10cm 第二部分第二部分 ECV ECV測試原理測試原理ECVECV測試原理測試原理半導體電化學腐蝕是根據(jù)電化學中陽極氧化及電解原理來實現(xiàn)的。固體物質半導體電化學腐蝕是根據(jù)電化學中陽極氧化及電解原理來實現(xiàn)的。固體物質在液體中消溶有兩種方法：一種是濕法腐蝕，即在不加外電場的情況下，利在液體中消溶有兩種方法：一種是濕法腐蝕，即在不加外電場的情況下，利用固體和液體之間的化學反應，使固體逐漸腐蝕；另一種是電化學腐蝕，即用固體和液體之間的化學反應，使固體逐漸腐蝕；另一種是電化學腐蝕，即將固體置于電解液中，外加直流電壓，電壓正極接需要被腐蝕的固體

7、物質，將固體置于電解液中，外加直流電壓，電壓正極接需要被腐蝕的固體物質，電壓負極接一不被溶解且導電性良好的電極，通電后，陽極物質在電場和電電壓負極接一不被溶解且導電性良好的電極，通電后，陽極物質在電場和電解液的作用下逐漸被氧化、腐蝕。解液的作用下逐漸被氧化、腐蝕。電化學微分電容電壓（電化學微分電容電壓（Electrochemical capacitance-voltage profilerElectrochemical capacitance-voltage profiler）簡稱簡稱ECVECV，它是利用電解液來形成勢壘并對半導體加以正向偏壓，它是利用電解液來形成勢壘并對半導體加以正向偏壓

8、(p(p型型) )或或 反反向偏壓向偏壓(n(n型并加以光照型并加以光照) )進行表面腐蝕去除已電解的材料，通過自動裝置重進行表面腐蝕去除已電解的材料，通過自動裝置重復復“腐蝕腐蝕- -測量測量”循環(huán)得到測量曲線，然后應用法拉第定律，對腐蝕電流進循環(huán)得到測量曲線，然后應用法拉第定律，對腐蝕電流進行積分就可以連續(xù)得到腐蝕深度。盡管這種方法是破壞性的，但理論上它的行積分就可以連續(xù)得到腐蝕深度。盡管這種方法是破壞性的，但理論上它的測量深度是無限的，這種方法稱之為測量深度是無限的，這種方法稱之為ECVECV。ECVECV測試原理測試原理載流子的電荷密度為：載流子的電荷密度為： （1 1） 式中，式中，

9、 是真空介電常數(shù)，是真空介電常數(shù)， 是半導體材料的介電常數(shù)，是半導體材料的介電常數(shù)，e e 是電子電量，是電子電量，A A 是電解液是電解液/ /半導體接觸的面積半導體接觸的面積 ， 是是C-V C-V 曲線在耗盡層邊緣的斜率。曲線在耗盡層邊緣的斜率。 該載流子濃度所對應的總深度為：該載流子濃度所對應的總深度為： （2 2） 式中，式中， 是耗盡層的深度，可由平板電容器公式求出，即是耗盡層的深度，可由平板電容器公式求出，即 （3 3） 是腐蝕深度，由法拉第定律計算：是腐蝕深度，由法拉第定律計算： （4 4） 式中，式中，M M 是所測半導體的分子量，是所測半導體的分子量，F(xiàn) F 是法拉第常數(shù)，

10、是法拉第常數(shù)， 是所測半導體的密是所測半導體的密度，度，A A 是電解液是電解液/ /半導體接觸的面積半導體接觸的面積 ，I I 是即時溶解電流，是即時溶解電流，z z是溶解數(shù)是溶解數(shù)( (即每溶即每溶解一個半導體分子轉移的電荷數(shù)）。解一個半導體分子轉移的電荷數(shù)）。0rdVdC/dVdCCAeNr/1320CAWrd0dWrWtrIdtAzFMW0rdWWxECVECV測試原理測試原理ECVECV測試分為兩步：首先是測量電解液半導體界面形測試分為兩步：首先是測量電解液半導體界面形成的成的SchottkySchottky勢壘的微分電容來得到載流子濃度，然后勢壘的微分電容來得到載流子濃度，然后利用

11、陽極電化學溶解反應，按照設定的速率去除測量處利用陽極電化學溶解反應，按照設定的速率去除測量處的樣品。方程（的樣品。方程（1 1）提供了一種簡易的載流子密度測定）提供了一種簡易的載流子密度測定方法，通過使用可調制的高頻電壓來改變參數(shù)方法，通過使用可調制的高頻電壓來改變參數(shù)C C和和dC/dVdC/dV，不停地重復，不停地重復“腐蝕一測量腐蝕一測量”循環(huán)就可以得到載流子濃循環(huán)就可以得到載流子濃度與深度的關系度與深度的關系, ,從而實現(xiàn)測試目的。從而實現(xiàn)測試目的。第三部分第三部分 ECV ECV測試常見問題及分析測試常見問題及分析ECVECV測試常見問題及分析測試常見問題及分析1.1.測試中測試中L

12、ampLamp、V-etchV-etch、ReslnResln 對測試結果的影響對測試結果的影響 半導體材料的電化學腐蝕依賴于空穴的存在。半導體材料的電化學腐蝕依賴于空穴的存在。p p型材料有較多的空穴，通過半導型材料有較多的空穴，通過半導體體/ /電解液交界處施加正向偏壓，溶解容易完成，所以對于電解液交界處施加正向偏壓，溶解容易完成，所以對于P-typeP-type的電化學腐蝕的電化學腐蝕，無需光照。而對于，無需光照。而對于n n型材料，其中電子是多數(shù)載流子，空穴是少子型材料，其中電子是多數(shù)載流子，空穴是少子, , 由于空穴由于空穴的形成才能引起電化學腐蝕的發(fā)生。所以需用波長足夠短的的光照射

13、半導體的形成才能引起電化學腐蝕的發(fā)生。所以需用波長足夠短的的光照射半導體/ /電電解液交界處，產(chǎn)生電子空穴對。對于解液交界處，產(chǎn)生電子空穴對。對于N-typeN-type的電化學腐蝕，半導體內部必須有的電化學腐蝕，半導體內部必須有透入光以提供空穴電流，要求入射光相對測試材料是透明的，選擇合適的腐蝕透入光以提供空穴電流，要求入射光相對測試材料是透明的，選擇合適的腐蝕電壓和光照強度可以得到可重復、均勻、輪廓清晰的腐蝕面，所以在測試過程電壓和光照強度可以得到可重復、均勻、輪廓清晰的腐蝕面，所以在測試過程中需要保持中需要保持LampLamp的打開，給予硅片光照。的打開，給予硅片光照。 V V-etch

14、-etch控制控制IeIe的大小，通過調節(jié)的大小，通過調節(jié)V-etchV-etch可以調節(jié)可以調節(jié) Etching current Etching current（IeIe）的大小。但是如果）的大小。但是如果V-etchV-etch 過大，會導致腐蝕不均勻，測試時容易出現(xiàn)亂點；過大，會導致腐蝕不均勻，測試時容易出現(xiàn)亂點； ReslnResln是設定測試的步長，可根據(jù)自己的需要設定，是設定測試的步長，可根據(jù)自己的需要設定， 但在實際測試時，過多改變但在實際測試時，過多改變ReslnResln會對結果造成影會對結果造成影 響。響。 測試時，可根據(jù)需要適當改變測試時，可根據(jù)需要適當改變LampLam

15、p、V-etchV-etch、ReslnResln， 但對于正常測試，但對于正常測試，LampLamp、V-etchV-etch、ReslnResln建議使用默建議使用默 認值。認值。ECVECV測試常見問題及分析測試常見問題及分析2.2.測試過程中界面左上角動態(tài)曲線測試過程中界面左上角動態(tài)曲線 產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因如圖如圖a所示，每個點的測試都可分為兩所示，每個點的測試都可分為兩個過程，首先要有脈沖電壓，在表面形個過程，首先要有脈沖電壓，在表面形成氧化層，對應動態(tài)曲線的平線。然后成氧化層，對應動態(tài)曲線的平線。然后溶液溶解這個區(qū)域，對應動態(tài)曲線的斜溶液溶解這個區(qū)域，對應動態(tài)曲線的斜線。線。如圖

16、如圖b、c所示，測試中如果曲線完全平所示，測試中如果曲線完全平直或趨于平直，則表示這個點在測試時直或趨于平直，則表示這個點在測試時出現(xiàn)問題，則下一個出現(xiàn)的點還停留在出現(xiàn)問題，則下一個出現(xiàn)的點還停留在原來的位置上。出現(xiàn)這種情況時需要重原來的位置上。出現(xiàn)這種情況時需要重新測試。新測試。圖圖a 測試正常測試正常圖圖b 測試異常（線條平直）測試異常（線條平直）圖圖c 測試異常（線條趨平）測試異常（線條趨平）ECVECV測試常見問題及分析測試常見問題及分析3.3.引起引起ECVECV測試峰值偏高一個數(shù)測試峰值偏高一個數(shù)量級或峰值超過量級或峰值超過 的原因的原因理論計算載流子濃度的數(shù)量級為理論計算載流子濃

17、度的數(shù)量級為 ，ECVECV測試濃度略微高于理測試濃度略微高于理論計算值，這一誤差可能與腐蝕面論計算值，這一誤差可能與腐蝕面積接觸面積差異、測試頻率以及積接觸面積差異、測試頻率以及串、并聯(lián)模型的選擇等有關。從圖串、并聯(lián)模型的選擇等有關。從圖中還可以看出，這些中還可以看出，這些 n n型雜質濃度型雜質濃度大部分都在大部分都在 數(shù)量數(shù)量級，但個別峰值濃度超過級，但個別峰值濃度超過 ，這與，這與ECVECV測試濃度偏高有關，如測試濃度偏高有關，如果峰值濃度超過果峰值濃度超過 ，需要重，需要重新測試。新測試。峰值大于峰值大于峰值在峰值在 之間之間322/10cm322/10cm322321/10/10

18、cmcm322/10cm320/10cm322321/10/10cmcm322/10cmECVECV測試常見問題及分析測試常見問題及分析4.4.測試過程中可能會出現(xiàn)測試過程中可能會出現(xiàn)Contact ResistanceContact Resistance顯示紅色現(xiàn)象顯示紅色現(xiàn)象 （對（對N-typeN-type正常顯示為綠色）正常顯示為綠色）當測試材料的接觸電阻小于當測試材料的接觸電阻小于2000 Ohms時，時，Contact Resistance則正常則正常顯示為綠色，且兩綠色線條顯示值越小越接近越好。就目前產(chǎn)線的方塊顯示為綠色，且兩綠色線條顯示值越小越接近越好。就目前產(chǎn)線的方塊控制，綠

19、色線條顯示值小于控制，綠色線條顯示值小于100 Ohms 較好，如果顯示值或二值差異過較好，如果顯示值或二值差異過大，可能會使測試結果不準確，此時需要數(shù)次點擊大，可能會使測試結果不準確，此時需要數(shù)次點擊Blast和和Re-Measure直至數(shù)值減小并使二者接近；直至數(shù)值減小并使二者接近；當測試材料接觸電阻大于當測試材料接觸電阻大于2000 Ohms時，時，Contact Resistance則異常顯則異常顯示為紅色。原因是由于測試材料歐姆接觸過大，實際測試中出現(xiàn)這種情示為紅色。原因是由于測試材料歐姆接觸過大，實際測試中出現(xiàn)這種情況一般是由于況一般是由于PN面反置所致，只要取出并正確放置面反置所

20、致，只要取出并正確放置PN面重新測試即可。面重新測試即可。ECVECV測試常見問題及分析測試常見問題及分析5.5.測試過程中引起紅點出現(xiàn)的原因測試過程中引起紅點出現(xiàn)的原因如右圖如右圖a所示，在所示，在N-type的測試過程中出現(xiàn)最多的的測試過程中出現(xiàn)最多的異常是紅點的出現(xiàn)，紅點的出現(xiàn)一般在開始的幾個異常是紅點的出現(xiàn)，紅點的出現(xiàn)一般在開始的幾個點，后面幾乎不會有紅點出現(xiàn)，原因主要是：點，后面幾乎不會有紅點出現(xiàn)，原因主要是：（1）接觸電阻過大。）接觸電阻過大。如右圖如右圖b所示，所示，一般來說接觸一般來說接觸面積面積( (A Acontactcontact) )可能比腐蝕面積可能比腐蝕面積( (A

21、 Aetchetch) )稍大些，這意味稍大些，這意味著深層雜質濃度的測試可能會受到上層摻雜的影響著深層雜質濃度的測試可能會受到上層摻雜的影響，尤其是上層為高濃度摻雜時，未腐蝕掉的上層半，尤其是上層為高濃度摻雜時，未腐蝕掉的上層半導體導體( )( )與電解液形成肖特基接觸時會形成非常與電解液形成肖特基接觸時會形成非常薄的耗盡層薄的耗盡層( (由于是高濃度摻雜由于是高濃度摻雜) )，從而形成非常大，從而形成非常大的零偏電容，雖然其面積很小，而這個未腐蝕上層的零偏電容，雖然其面積很小，而這個未腐蝕上層半導體半導體( )( )電容與大面積深層半導體電容與大面積深層半導體( )( )電容是電容是并聯(lián)的

22、，因此并聯(lián)的，因此ECVECV測試測試PNPN結腐蝕至結腐蝕至 P P 型襯底時其電型襯底時其電容比單純容比單純 P P 型襯底的電容要大，從而使得襯底濃型襯底的電容要大，從而使得襯底濃度偏高，而且由于接觸面積與腐蝕面積偏差的不確度偏高，而且由于接觸面積與腐蝕面積偏差的不確定性，其偏高程度也不一致。所以頂層如果是高濃定性，其偏高程度也不一致。所以頂層如果是高濃度摻雜，則它對深處雜質濃度測試有很大影響，會度摻雜，則它對深處雜質濃度測試有很大影響，會抬高深處雜質濃度，有時甚至會測出相反的雜質類抬高深處雜質濃度，有時甚至會測出相反的雜質類型。型。圖圖a 測試異常（紅點的出現(xiàn)）測試異常（紅點的出現(xiàn)）n

23、p圖圖b b ECV ECV測試時電解液與半測試時電解液與半 導體實際接觸的示意圖導體實際接觸的示意圖nECVECV測試常見問題及分析測試常見問題及分析（2 2）測試點置于絨絲或晶界處。）測試點置于絨絲或晶界處。絨絲和晶界處是存在晶體缺陷較多的區(qū)域，絨絲和晶界處是存在晶體缺陷較多的區(qū)域，晶格缺陷處的腐蝕速率大于無缺陷處的腐蝕速率，所以容易產(chǎn)生過腐蝕，從晶格缺陷處的腐蝕速率大于無缺陷處的腐蝕速率，所以容易產(chǎn)生過腐蝕，從而對測量的精度和可重復性產(chǎn)生影響；而對測量的精度和可重復性產(chǎn)生影響；（3 3）腐蝕液被污染、硅片未去）腐蝕液被污染、硅片未去PSGPSG或硅片被污染?；蚬杵晃廴尽８g液長時間置于

24、輸液管腐蝕液長時間置于輸液管內可能會被污染，被污染的硅片表面在電解液中作陽極氧化時，生成一種氧內可能會被污染，被污染的硅片表面在電解液中作陽極氧化時，生成一種氧化物，而這種氧化物很難被去除，金屬雜質及表面有機物的污染是造成紅點化物，而這種氧化物很難被去除，金屬雜質及表面有機物的污染是造成紅點出現(xiàn)的主要因素出現(xiàn)的主要因素。對與對與N-type的測試，方塊電阻不宜過大，測試時，選擇晶粒較的測試，方塊電阻不宜過大，測試時，選擇晶粒較大且無絨絲覆蓋的靠近硅片中心的區(qū)域；若有紅點出現(xiàn)，建議大且無絨絲覆蓋的靠近硅片中心的區(qū)域；若有紅點出現(xiàn)，建議檢查溶液并更換測試區(qū)域。檢查溶液并更換測試區(qū)域。ECVECV測

25、試常見問題及分析測試常見問題及分析6.6.測試過程中引起散點出現(xiàn)的原因測試過程中引起散點出現(xiàn)的原因如右圖所示，在測試過程中可能會在開如右圖所示，在測試過程中可能會在開始的幾個點出現(xiàn)散點現(xiàn)象，導致散點出始的幾個點出現(xiàn)散點現(xiàn)象，導致散點出現(xiàn)的原因主要有：現(xiàn)的原因主要有：（1）硅片未放置平整導致腐蝕面積大?。┕杵捶胖闷秸麑е赂g面積大小不一，則與面積相關的被測電容也不恒不一，則與面積相關的被測電容也不恒定，從而在測試表層有散點出現(xiàn)；定，從而在測試表層有散點出現(xiàn)；（2）操作過程中出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，這種情）操作過程中出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，這種情況會使散點面積更大。出現(xiàn)漏液情況，況會使散點面積更大。出現(xiàn)漏液情況，要

26、清除漏液并更換測試區(qū)域。要清除漏液并更換測試區(qū)域。測試異常（散點的出現(xiàn)）測試異常（散點的出現(xiàn)）ECVECV測試常見問題及分析測試常見問題及分析7.7.測試過程中引起斷點出現(xiàn)的原因測試過程中引起斷點出現(xiàn)的原因如右圖所示，在測試過程中可能會出如右圖所示，在測試過程中可能會出現(xiàn)斷點現(xiàn)象，引起斷點出現(xiàn)的原因主現(xiàn)斷點現(xiàn)象，引起斷點出現(xiàn)的原因主要有：要有：（1）根據(jù)測試需要，可以通過計算機）根據(jù)測試需要，可以通過計算機軟件實現(xiàn)斷點測試；軟件實現(xiàn)斷點測試；（2）在測試過程中機器出現(xiàn)停止測試）在測試過程中機器出現(xiàn)停止測試情況，由于腐蝕液一直在腐蝕測試區(qū)情況，由于腐蝕液一直在腐蝕測試區(qū)域，所以當再次點擊域，所以

27、當再次點擊“Start ”時，會時，會出現(xiàn)斷點現(xiàn)象。出現(xiàn)斷點現(xiàn)象。測試異常（斷點的出現(xiàn)）測試異常（斷點的出現(xiàn)）ECVECV測試常見問題及分析測試常見問題及分析8.8.測試過程中引起密點出現(xiàn)的原因測試過程中引起密點出現(xiàn)的原因如右圖所示，在測試過程中可能會出現(xiàn)測如右圖所示，在測試過程中可能會出現(xiàn)測試點過密現(xiàn)象，引起密點出現(xiàn)的原因主要試點過密現(xiàn)象，引起密點出現(xiàn)的原因主要有：有：（1）腐蝕液濃度過大。由于腐蝕液濃度過）腐蝕液濃度過大。由于腐蝕液濃度過大，所以腐蝕速度較快，而此時相應的大，所以腐蝕速度較快，而此時相應的 V-etch、Resln與之不匹配導致測試點過與之不匹配導致測試點過密。腐蝕液濃度過

28、大是密點出現(xiàn)的主要原密。腐蝕液濃度過大是密點出現(xiàn)的主要原因，此時需要重新配制腐蝕液。因，此時需要重新配制腐蝕液。（2） Resln設置較小。腐蝕速度一定，而設置較小。腐蝕速度一定，而Resln設置較小時，單位時間測試速度加設置較小時，單位時間測試速度加快，導致測試點過密?？欤瑢е聹y試點過密。此時需要檢查此時需要檢查Resln的設置，建議使用系統(tǒng)默認值。的設置，建議使用系統(tǒng)默認值。測試異常（密點的出現(xiàn)）測試異常（密點的出現(xiàn)）第四部分第四部分ECVECV測試曲線的理解測試曲線的理解ECVECV測試曲線的理解測試曲線的理解1.PN1.PN結的形成和雜質分布結的形成和雜質分布在一塊在一塊P P型（或型

29、（或N N型）半導體單晶上，用適當?shù)姆椒ò研停┌雽w單晶上，用適當?shù)姆椒ò袾 N型（或型（或P P型）雜質摻入其型）雜質摻入其中，使這塊單晶的不同區(qū)域分別具有中，使這塊單晶的不同區(qū)域分別具有P P型和型和N N型的導電類型，再二者的交界面就型的導電類型，再二者的交界面就形成了形成了PNPN結。結。PNPN結的形成主要有合金法、擴散法、生長法、離子注入法等。結的形成主要有合金法、擴散法、生長法、離子注入法等。a.a.突變結的形成和雜質分布突變結的形成和雜質分布如圖如圖a a所示，在所示，在p p型區(qū)中施主雜質濃度為型區(qū)中施主雜質濃度為NdNd，而且均勻分布；在，而且均勻分布；在n n型區(qū)中受主雜

30、質型區(qū)中受主雜質濃度為濃度為NaNa，也是均勻分布。在交界處，雜質濃度由，也是均勻分布。在交界處，雜質濃度由NaNa（n n型）突變?yōu)樾停┩蛔優(yōu)镹dNd（p p型）型），具有這種雜質分布的，具有這種雜質分布的p-np-n結稱為突變結。設結稱為突變結。設p-np-n結結 的位置在的位置在 ，則突變結的雜質分布可以表示為：，則突變結的雜質分布可以表示為： 突變結一般通過合金法制造，需要有較大的溫度梯度突變結一般通過合金法制造，需要有較大的溫度梯度 才能實現(xiàn)。才能實現(xiàn)。圖圖a 突變結的雜質分布突變結的雜質分布jxx NdxNxxNaxNxxjj)(,)(,ECVECV測試曲線的理解測試曲線的理解b.

31、線性緩變結的形成和雜質分布線性緩變結的形成和雜質分布如圖如圖b b所示，在所示，在p p型硅片上面經(jīng)擴散制得的型硅片上面經(jīng)擴散制得的p-np-n結。結。其雜質分布由擴散過程和雜質補償決定，在這種其雜質分布由擴散過程和雜質補償決定，在這種結中，雜質濃度是由結中，雜質濃度是由n n區(qū)到區(qū)到p p區(qū)逐漸變化的，稱之區(qū)逐漸變化的，稱之為緩變結。為緩變結。p-np-n結的位置在結的位置在 處，則結中的雜處，則結中的雜質分布可以表示為：質分布可以表示為： 處切線的斜率處切線的斜率 稱之為雜質濃度梯度，它決定于擴散雜質的實稱之為雜質濃度梯度，它決定于擴散雜質的實際分布。際分布。 如圖如圖c c所示，對于高表

32、面濃度的淺擴散結，所示，對于高表面濃度的淺擴散結， 處的斜率處的斜率 很大，這時擴散結可以近似用突變結很大，這時擴散結可以近似用突變結表示。表示。jxx圖圖b b 線性緩變結的雜質分布線性緩變結的雜質分布圖圖c c 近似突變結近似突變結jxxjjxxNaNdjjNdNaxxNdNaxxjj,jxECVECV測試曲線的理解測試曲線的理解)2(2),(2/2DtxerfcCdxeDtCtxCsxxs)4exp(),(2DtxDtstxC如圖如圖d d所示，對于恒定源擴散，雜質分布所示，對于恒定源擴散，雜質分布滿足余誤差函數(shù)：滿足余誤差函數(shù)：擴散時間越長，雜質擴散的越深。擴散時間越長，雜質擴散的越深

33、。如圖如圖e e所示，對于有限源擴散，雜質分布所示，對于有限源擴散，雜質分布滿足高斯分布（正態(tài)分布）：滿足高斯分布（正態(tài)分布）：在在 和和 處，濃度梯度為零，處，濃度梯度為零，在在 處濃度梯度最大。處濃度梯度最大。 0 xxDtx2圖圖d 余誤差分布余誤差分布圖圖e 高斯分布高斯分布2.2.雜質分布函數(shù)雜質分布函數(shù)ECVECV測試曲線的理解測試曲線的理解3.3.不同表面濃度的磷在硅中的擴散分布不同表面濃度的磷在硅中的擴散分布圖圖f f表示表示不同表面濃度的磷在硅中的擴散不同表面濃度的磷在硅中的擴散分布。當表面濃度較低時（對應于本征擴分布。當表面濃度較低時（對應于本征擴散區(qū)），擴散分布為余誤差函

34、數(shù)分布（曲散區(qū)），擴散分布為余誤差函數(shù)分布（曲線線a）；表面濃度逐漸增加，雜質分布開）；表面濃度逐漸增加，雜質分布開始偏離簡單的余誤差函數(shù)（曲線始偏離簡單的余誤差函數(shù)（曲線b和和c）；）；表面濃度很高時（曲線表面濃度很高時（曲線d），靠近表面的），靠近表面的雜質分布和曲線雜質分布和曲線b相似，但在濃度相似，但在濃度 處出處出現(xiàn)拐點，之后進入一個快速擴散區(qū)域。現(xiàn)拐點，之后進入一個快速擴散區(qū)域。圖圖f 不同表面濃度的磷不同表面濃度的磷在硅中的擴散分布在硅中的擴散分布ECVECV測試曲線的理解測試曲線的理解4.ECV4.ECV測試曲線提供的信息測試曲線提供的信息a.a.測試曲線中拐點的意義測試曲線中

35、拐點的意義一般擴散工藝的一般擴散工藝的ECVECV測試曲線如圖測試曲線如圖g g所示，其雜質所示，其雜質分布介與余誤差分布和高斯分布之間。分布介與余誤差分布和高斯分布之間。拐點拐點1 1是最高點，一般位于是最高點，一般位于10nm10nm位置，其值表示位置，其值表示摻雜的表面濃度，測試大小在摻雜的表面濃度，測試大小在 之間；之間；拐點拐點2 2是突變點，一般位于是突變點，一般位于50nm50nm位置，拐點位置，拐點1 1和拐和拐點點2 2之間形成突變曲線，近似圖之間形成突變曲線，近似圖c c所示情況，這段所示情況，這段區(qū)域是燒結的重點區(qū)域，它的濃度梯度的大小直區(qū)域是燒結的重點區(qū)域，它的濃度梯度

36、的大小直接影響到燒結的效果，濃度梯度較小，燒結易于接影響到燒結的效果，濃度梯度較小，燒結易于進行，濃度梯度較大，燒結則難以進行；進行，濃度梯度較大，燒結則難以進行；拐點拐點3 3表示表示PNPN結位置，其大小由工藝設置決定，結位置，其大小由工藝設置決定，一般在一般在0.30um-0.60um0.30um-0.60um之間，其橫坐標表示結區(qū)之間，其橫坐標表示結區(qū)深度，縱坐標表示結區(qū)有效摻雜（凈摻雜）的情深度，縱坐標表示結區(qū)有效摻雜（凈摻雜）的情況，有效摻雜量影響開路電壓和短路電流，有效況，有效摻雜量影響開路電壓和短路電流，有效摻雜較多，可以提高開路電壓和短路電流。有效摻雜較多，可以提高開路電壓和短路電流。有效摻雜與材料本身的性質和工藝設置的情況有關。摻雜與材料本身的性質和工藝設置的情況有關。圖圖g ECV測試曲線測試曲線322321/10/10cmcm通過適當?shù)墓に嚕赏ㄟ^適當?shù)墓に?，可以改變拐點以改變拐點1 1、2 2、3 3對對應的濃度或位置大小，應的濃度或位置大小，從而獲得理想的雜質從而獲得理想的雜質分布曲線。分布曲線。ECVECV測試曲線的理解測試曲線的理解dxxqRjxs0)(1)(xjxb.b.方塊電阻與測試曲線的關系方塊電阻與測試曲線的關系薄層電阻薄層電阻( (RsRs) )與結深與結深( )( )、載流子的遷移、載流子的遷移率率 （它是整個雜質濃度的函數(shù)