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SCM 扫描式电容显微镜

Scanning Capacitance Microscopy
技术原理

扫描式电容显微镜(Scanning Capacitance Microscopy, SCM)是一种基于扫描探针显微镜(SPM)的半导体分析技术,可用于观察材料中二维掺杂分布(2D Doping Distribution),并可清楚区分 N 型与 P 型区域

 

在量测过程中,于金属镀膜探针与样品之间施加交流电压(AC bias),量测电容变化讯号 dC/dV,并将讯号转换为材料的掺杂分布影像,藉由此方式,可取得半导体结构中的P-N 接面位置与掺杂分布情形,由于SCM建立于扫描探针显微镜架构,其平面解析度可达约 100 nm 以上,适合分析纳米尺度的半导体元件结构。

 

相较于其他分析技术,SCM则可提供高解析度的二维掺杂影像,因此在制程分析、失效分析与逆向工程中具有重要价值。

  • SIMSSRP 仅能提供一维的掺杂纵深分布

  • SEM 搭配化学蚀刻染色较难精确控制蚀刻条件

 

扫描式电容显微镜主要应用于二为载子浓度影像的观察与分析

扫描式电容显微镜建立于扫描探针显微镜的架构上,因此其平面解析度可达 100 纳米以上,分析时加 AC 电压于金属镀膜探针上,量测 dC/dV 讯号转换为二维掺杂分布,可分辨出N型与P型区域及其界面。
分析应用
分析因掺杂分布异常造成的元件故障或漏电问题
逆向工程分析
取得元件的二维掺杂分布影像,应用于IC结构解析与逆向工程分析。
P-N接面分布分析
观察元件中 P-N接面的位置与形貌分布。
N型与P型掺杂分析
辨识半导体结构中的 N 型与 P 型区域。
机台种类

Bruker Icon

Bruker Icon 扫描探针显微镜 ,可进行高解析度的半导体掺杂分布分析。该系统透过导电探针扫描样品表面,并量测 dC/dV(电容对电压变化)讯号,可获得半导体材料的二维掺杂分布影像,并清楚辨识 N 型与 P 型区域及其接面位置。适合分析先进半导体元件中的掺杂结构与接面分布。此设备常应用于:

 

  • 半导体 P-N接面分析

  • 二维掺杂分布观察

  • 制程缺陷与漏电分析

  • IC结构逆向工程分析

应用实例

SCM 二维掺杂分布影像

(a) SCM 扫描影像显示半导体元件中不同区域的掺杂分布。透过量测 dC/dV 讯号并转换为影像,可清楚观察元件内部的 N 型与 P 型掺杂区域及其接面位置,呈现纳米尺度的二维掺杂结构。

(b) SCM 量测结果影像与讯号分布。色阶代表不同的电容讯号变化(dC/dV),对应材料中不同的掺杂型态与浓度分布,可用于分析 P-N 接面形貌、掺杂均匀性以及制程异常区域。

Trench 结构掺杂平面分布

此图为 扫描式电容显微镜(SCM)量测得到的 Trench 结构平面掺杂分布影像。透过量测 dC/dV 讯号并转换为影像,可呈现元件表面不同区域的掺杂型态与分布情形

影像中的色阶对应材料的掺杂型态,其中:

  • 亮色区域代表 P 型掺杂区域

  • 暗色区域代表 N 型掺杂区域

藉由 SCM 高解析度的二维掺杂影像,可清楚观察 Trench 结构周围的掺杂分布与接面形貌,有助于分析元件结构设计、制程均匀性及潜在缺陷。

此分析技术常应用于:

  • 先进半导体元件掺杂分布分析

  • P-N 接面结构观察

  • 制程异常或漏电问题分析

  • IC 结构逆向工程解析

 
 
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