SCM 掃描式電容顯微鏡

Scanning Capacitance Microscopy
技術原理

掃描式電容顯微鏡(Scanning Capacitance Microscopy, SCM)是一種基於掃描探針顯微鏡(SPM)的半導體分析技術,

可用於觀察材料中二維掺雜分布(2D Doping Distribution),並可清楚區分 N 型與 P 型區域

 

在量測過程中,於金屬鍍膜探針與樣品之間施加交流電壓(AC bias),量測電容變化訊號 dC/dV,並將訊號轉換為材料的掺雜分布影像。

藉由此方式,可取得半導體結構中的P-N 接面位置與掺雜分布情形

由於SCM建立於掃描探針顯微鏡架構,其平面解析度可達約 100 nm 以上,適合分析奈米尺度的半導體元件結構。

 

相較於其他分析技術:

  • SIMSSRP 僅能提供一維的掺雜縱深分布

  • SEM 搭配化學蝕刻染色較難精確控制蝕刻條件

SCM則可提供高解析度的二維掺雜影像,因此在製程分析、失效分析與逆向工程中具有重要價值。

 

掃描式電容顯微鏡主要應用於二為載子濃度影像的觀察與分析

掃描式電容顯微鏡建立於掃描探針顯微鏡的架構上,因此其平面解析度可達 100 奈米以上,
分析時加 AC 電壓於金屬鍍膜探針上,量測 dC/dV 訊號轉換為二維掺雜分布,可分辨出N型與P型區域及其界面。
分析應用
分析因掺雜分布異常造成的元件故障或漏電問題
逆向工程分析
取得元件的二維掺雜分布影像,應用於IC結構解析與逆向工程分析。
P-N接面分布分析
觀察元件中 P-N接面的位置與形貌分布。
N型與P型掺雜分析
辨識半導體結構中的 N 型與 P 型區域。
機台種類

Bruker Icon

Bruker Icon 掃描探針顯微鏡 ,可進行高解析度的半導體掺雜分布分析。該系統透過導電探針掃描樣品表面,並量測 dC/dV(電容對電壓變化)訊號,可獲得半導體材料的二維掺雜分布影像,並清楚辨識 N 型與 P 型區域及其接面位置。適合分析先進半導體元件中的掺雜結構與接面分布。此設備常應用於:

 

  • 半導體 P-N接面分析

  • 二維掺雜分布觀察

  • 製程缺陷與漏電分析

  • IC結構逆向工程分析

應用實例

SCM 二維掺雜分布影像

(a) SCM 掃描影像顯示半導體元件中不同區域的掺雜分布。透過量測 dC/dV 訊號並轉換為影像,可清楚觀察元件內部的 N 型與 P 型掺雜區域及其接面位置,呈現奈米尺度的二維掺雜結構。

(b) SCM 量測結果影像與訊號分布。色階代表不同的電容訊號變化(dC/dV),對應材料中不同的掺雜型態與濃度分布,可用於分析 P-N 接面形貌、掺雜均勻性以及製程異常區域。

Trench 結構摻雜平面分布

此圖為 掃描式電容顯微鏡(SCM)量測得到的 Trench 結構平面掺雜分布影像。透過量測 dC/dV 訊號並轉換為影像,可呈現元件表面不同區域的摻雜型態與分布情形

影像中的色階對應材料的摻雜型態,其中:

  • 亮色區域代表 P 型摻雜區域

  • 暗色區域代表 N 型摻雜區域

藉由 SCM 高解析度的二維掺雜影像,可清楚觀察 Trench 結構周圍的摻雜分布與接面形貌,有助於分析元件結構設計、製程均勻性及潛在缺陷。

此分析技術常應用於:

  • 先進半導體元件掺雜分布分析

  • P-N 接面結構觀察

  • 製程異常或漏電問題分析

  • IC 結構逆向工程解析

 
 
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