ビュー: 0 著者: サイト編集者 公開時刻: 2026 年 9 月 22 日 発信元: サイト
少数キャリアの寿命は、半導体材料の物理的特性を定義する基本的なパラメータです。これは、キャリアの拡散長とデバイスのスイッチング速度/周波数を直接決定すると同時に、点欠陥、不純物の混入、ドーピング濃度を反映する格子品質の高感度の指標としても機能するため、材料の認定と性能評価の重要なベンチマークを確立します。
SiC ウェーハ内の点欠陥 (炭素空孔や不純物など) とドーピング濃度 (窒素ドーピングなど) は、非発光再結合中心を導入することにより少数キャリアの寿命に重大な影響を与えます。具体的には、点欠陥密度の上昇はキャリア寿命を短縮し、格子品質の低下を示し、その結果、オン抵抗が上昇し、漏れ電流やオン状態電圧降下などの重要な電気的性能指標が損なわれます。さらに、キャリアの寿命はドーピング濃度に強く依存します。したがって、材料品質の評価、ドーピングの均一性の監視、プロセスの最適化、歩留まりの向上には、SiC ウェーハ全体の少数キャリア寿命を迅速かつ正確かつ高解像度で空間イメージングすることが不可欠です。
図1 少数キャリア寿命の測定原理の模式図。
現在、マイクロ波光伝導減衰 (μ-PCD) は、依然として SiC 少数キャリア寿命特性評価の業界標準の方法です。ただし、この技術は元々、寿命が通常 10 μs を超える従来のシリコン材料向けに開発されたものです。対照的に、SiC は成長方法、プロセス パラメータ、および元素組成において Si とは大きく異なります。さらに、ドーピング濃度とエピタキシャル層の厚さの変動により、SiC の寿命範囲が 100 ns 未満から数マイクロ秒に及ぶ広い範囲となり、従来の μ-PCD では本質的に満たすことができない、測定精度に対するはるかに厳しい要求が課せられます。
時間分解能が限られているため (μ-PCD の場合は約 50 ns)、薄いエピタキシャル層や寿命の短い基板の正確な特性評価が不可能になります。
空間分解能が低く、マイクロ波プローブによって約ミリメートルスケール (~1 mm) に制限され、高精度のウェハレベル分布マッピングが不可能。
ポイントスキャンの取得が遅く、6 インチのエピタキシャル ウェーハの場合は数十分から 1 時間以上を要し、将来の大量製造検査の需要を満たすことができません。
これらの業界の重要な問題点に直接対処するために、Time-Tech Spectra は、時間分解分光イメージング技術に基づいて構築された TAU-9000 ウェーハ マイノリティ キャリア ライフタイム イメージング システムを開発しました。最近の包括的な機能アップグレード (TAU-9000HR) により、このシステムは SiC ウェーハ検査機能に大きな進歩をもたらしました。
このシステムは、高精度 (解像度 100 μm) のフルウェーハ少数キャリア寿命イメージングと均一性マッピングを可能にすると同時に、局所領域の超高解像度マイクロゾーン イメージング (サブミクロン解像度) もサポートします。励起源は 355 nm と 266 nm で切り替え可能な波長を提供し、バルクと表面の再結合速度を個別に特性評価できます。さらに、アップグレードされたシステムはオプションで真空または窒素パージチャンバーを構成でき、室温から 200°C までの温度制御された測定をサポートし、完全に自動化された操作を特徴としており、インライン生産モニタリングと高度な研究開発アプリケーションの両方に同様に適しています。
図2 高解像度ウエハ少数キャリアライフタイムイメージングシステム「TAU-9000HR」の概要。
アップグレードされた TAU-9000 システムの主なハイライト
01 |フルウェーハの高精度少数キャリア寿命マッピング
フルウェーハ モードでは、システムは 100 μm の空間分解能を実現し、ウェーハ全体にわたる詳細な寿命分布の特徴を明確に解像します。このシステム アーキテクチャは生産の拡張性を念頭に設計されており、6 インチ、8 インチ、12 インチのウェーハ サイズをサポートし、次世代の大口径 SiC 量産向けの検査準備を確実に整えています。高速データ収集設計を活用することで、1 枚の 6 インチ ウェーハの測定時間を 10 分以内に維持し、従来の μ-PCD 法と比較してスループットの数倍の向上を達成しました。
図 3 少数キャリア寿命イメージングの比較: TAU-9000HR 対 μ-PCD。 (a) TAU-9000HR システムを使用して 6 インチ SiC ウェーハ上で取得されたライフタイム マッピング。0.1 mm の空間分解能を示します。 (b) μ-PCD によって取得された同じウェーハのライフタイム マッピング。空間分解能 (>1 mm) はマイクロ波プローブによって制限されることに注意してください。
02 |励起波長 (355/266 nm) を切り替え可能、バルク/表面デュアルモード動作 - 基板干渉なし
このシステムは 355 nm と 266 nm の二重励起波長を備えており、半導体における波長依存の吸収深さを利用して、バルク特性評価モードと表面特性評価モードの間のシームレスな切り替えを可能にします。 266 nm 励起では、信号は主に表面近くの領域 (深さ約 1 μm) から発生しますが、355 nm 励起では深さ数十μm からバルクをプローブし、基板関連の信号干渉を効果的に排除します。 2 つの波長で取得した寿命マッピングを比較することにより、システムはバルク少数キャリアの寿命と表面再結合速度を独立して分解したイメージングを提供します。
図4 266 nmと355 nmの励起下での同じ厚いエピタキシャルウェーハの比較結果。 (a) 355 nm 励起下での寿命マッピング (バルク支配)。 (b) 266 nm 励起下での寿命マッピング (表面支配)。 (c) 両方の励起波長の Plot1 での減衰速度論。 (d) キャリア拡散と表面再結合を考慮したグローバル フィッティングによって抽出された、Plot1 での固有バルク寿命 (τ b )。 (e) 表面再結合速度 S (cm/s) のマッピング。 (f) バルク寿命τ のマッピング。b (ns)
03 |高い時間分解能、エピタキシャルウェハと基板ウェハの両方の特性評価に対応
2 ns 未満の時間分解能により、システムは時間分解検出能力を大幅に強化します。このシステムは、急速に減衰する信号を正確に捕捉するだけでなく、寿命の短い基板 (高濃度にドープされ、寿命が数ナノ秒から数十ナノ秒の範囲) と比較的寿命の長いエピタキシャル層 (数十ナノ秒から数百ナノ秒) の両方を正確に特性評価します。
図5 SiC基板上の少数キャリア寿命マッピング。 (a) 355 nm 励起下で取得された寿命マッピング。 (b) Plot1 (中央) と Plot2 (端) での減衰速度の比較。比較的欠陥のない中央領域と比較して、欠陥の多いエッジ領域は少数キャリアの寿命が短くなります。
04 |欠陥視覚化のための拡張超高解像度顕微鏡イメージング
TAU-9000HR は、フルウェーハの巨視的イメージングを実行するだけでなく、微視的領域の特性評価のための独自の高解像度機能も提供し、最小 0.9 μm の空間分解能を達成します。イメージング結果は、この高解像度モードが貫通転位 (TD) や積層欠陥 (SF) を含むエピタキシャル層の結晶欠陥を明確に解決することを確認しており、欠陥源の特定とメカニズムの研究に直接的かつ直感的な証拠を提供します。
図6 高解像度の少数キャリア寿命イメージング。 (a) および (b) 個別領域からの高解像度の少数キャリア寿命マッピング。積層欠陥 (SF) と貫通転位 (TD、点状の特徴として現れる) を明確に分解します。 (c) および (d) 選択した点での対応する減衰速度。欠陥の影響を受けた領域は、欠陥のない領域よりも一貫して少数キャリアの寿命が短くなります。
05 |敏感な物質用のデュアルサンプル保護モジュール
環境による測定結果への影響を防ぐために、システムには窒素パージ チャンバーと真空サンプル チャンバーという 2 つの独立したモジュール オプションが用意されています。不活性ガスまたは真空環境で行われる測定では、サンプルの表面状態が効果的に保存され、高いデータ忠実性と優れた再現性が保証されます。
06 |機構検討用広温度範囲可変温度モジュール
室温から 200°C までの統合された可変温度モジュールは、温度依存の少数キャリア寿命分析をサポートし、再結合メカニズムとトラップ状態特性についての重要な洞察を提供します。
図7 さまざまな温度での少数キャリア寿命の測定。 (a) 室温測定。 (b) 175℃での測定。エピタキシャルウェーハは、室温条件と比較して、高温（175℃）でより長い少数キャリア寿命を示します。
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