alpha300 Semiconductor Edition

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App Note

Großflächige Untersuchung von Wafern in der Halbleiterindustrie

Die alpha300 Halbleiter Edition ist ein hochwertiges konfokales Raman- und Photolumineszenz-Mikroskop, das speziell für die chemische Bildgebung von Halbleitermaterialien konfiguriert wurde. Es hilft Forschenden, die Charakterisierung von Kristallqualität, Verspannungen und Dotierung in ihren Halbleiterproben und Wafern zu beschleunigen.

Der Scantisch des Mikroskops erfasst einen besonders großen Bereich und erlaubt so die Untersuchung von ganzen Wafern mit bis zu 300 mm (12 Zoll) Durchmesser sowie die Aufnahme von großflächigen Raman-Bildern. Das Gerät verfügt über Schwingungsdämpfung und aktive Fokusstabilisierung um topographische Unterschiede während langen oder großflächigen Messungen auszugleichen. Die vollständige Automatisierung aller Komponenten ermöglicht es, das Gerät fernzusteuern und wiederkehrende Messprozesse zu definieren.

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Vorteile

Vollständige Inspektion von Wafern bis zu 300 mm (12 Zoll)
Zerstörungsfreie Charakterisierung von Kristallinität, Polymorphie, Defekten, Verspannungen und Dotierung
Analyse von Halbleitern mit breiter Bandlücke und mehreren Schichten
Oberflächenanalysen, Tiefenscans und 3D Bildgebung

3D Defektanalyse

Die Raman-Mikroskopie ist in der Lage, Polymorphe zu unterscheiden und Kristalldefekte unter der Oberfläche der Probe zu charakterisieren. Dieses 3D Raman-Bild zeigt den Ursprung eines Defekts in einem 4H-SiC-Wafer und identifiziert ihn als 3C-SiC-Polymorph. Für mehr Informationen lesen Sie unsere Application Note (auf Englisch): Correlative Raman Imaging of Compound Semiconductors

3D-Raman-Bild eines Defekts in einem epitaktisch überwachsenen SiC-Wafer. Blau: Defekt, rot: epitaktische Schicht, grün: Wafersubstrat. Abmessungen: 240 x 240 x 12 μm³

Wichtigste Merkmale

Branchenführendes konfokales Raman- und PL-Mikroskop für höchste Geschwindigkeit, Sensitivität und Auflösung – ohne Kompromisse
Extrem sensitives, für die Anregungswellenlänge optimiertes Spektrometer für hohe Signalsensitivität und spektrale Auflösung
Scantisch mit großem Verfahrweg (300 x 350 mm) für die Untersuchung ganzer Wafer
Aktive Fokusstabilisierung für großflächige Messungen (TrueSurface)
Schwingungsdämpfung
Umfangreiche Automatisierung für Fernsteuerung und wiederkehrender Arbeitsabläufe
Software für umfangreiche Datenanalyse

alpha300 Halbleiter Edition – Konfokales Raman-Mikroskop für die Untersuchung von Wafern

Großflächige Waferprüfung

In der Halbleiterindustrie ist es wichtig, die Qualität von Wafern über deren gesamte Fläche zu untersuchen. Dabei muss die Homogenität des Materials überprüft und Bereiche mit Verspannungen oder ungleichmäßiger Dotierung müssen aufgespürt werden.

In diesem Beispiel wurde die komplette Oberfläche eines 150 mm (6 Zoll) Siliziumkarbid (SiC) Wafers mit Raman-Mikroskopie untersucht (Anregungswellenlänge 532 nm). Die Analyse zeigte, dass die Konzentration des Dotierstoffs nicht über die komplette Fläche homogen war. Das ultra-sensitive UHTS 600 Spektrometer des Mikroskops war in der Lage Peakverschiebungen von weniger als 0,01 cm^-1 zu detektieren und konnte so Verspannungen im Wafer aufzeigen.

Um ein scharfes Raman-Bild des gesamten Wafers zu erhalten, musste die Oberfläche aktiv im Fokus gehalten werden. TrueSurface nahm Topographie und Raman-Daten gleichzeitig auf und kompensierte auftretende Höhenunterschiede.

Für mehr Informationen lesen Sie unsere Application Note (auf Englisch): Correlative Raman Imaging of Compound Semiconductors

Probe freundlicherweise zur Verfügung gestellt vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB, Erlangen.

Konfokales Raman-Bild eines 150 mm SiC-Wafers. TrueComponent Analyse identifizierte zwei Spektren, die sich vor allem in der A1-Bande unterscheiden, die für Dotierungseffekte sensitiv ist (ca. 990 cm^-1). Das Bild zeigt eine ovale Region (blau), deren Dotierungskonzentration sich von der im restlichen Wafer (rot) unterscheidet.

Raman spectra durch TrueComponent Analyse des 150 mm SiC-Wafers

Raman-Spektren der beiden Komponenten, die durch TrueComponent Analyse des 150 mm SiC-Wafers identifiziert wurden.

Konfokales Raman-Bild eines 150 mm SiC-Wafers. Die Position der spannungssensitiven E2-Bande (776 cm^-1) ist farbkodiert. Das Bild zeigt kleine, vermutlich durch Verspannungen verursachte Peakverschiebungen von der Mitte zum Rand des Wafers.

Topographie eines 150 mm SiC-Wafers mit Höhenunterschieden von bis zu 40 µm.

Photolumineszenz-Mikroskopie

Mit der alpha300 Halbleiter Edition können Sie PL-Messungen durchführen, um Ihre Raman-Analysen zu ergänzen. Dies ist besonders interessant für die Untersuchung von Halbleitern mit breiter Bandlücke, wie SiC oder Galliumnitrid (GaN). Die Emissionswellenlänge der PL dient als Indikator für die elektronischen Eigenschaften des Materials, einschließlich seiner Bandlücke.

Dieses PL-Bild eines SiC-Wafers zeigt Unterschiede in den PL-Eigenschaften, die auf Defekte hinweisen. Für mehr Informationen lesen Sie unsere Application Note (auf Englisch): Correlative Raman Imaging of Compound Semiconductors

PL-Bild von Defekten in einem 4H-SiC-Wafer. Die PL-Spektren zeigen Merkmale von 4H-SiC (rot), 4H-SiC mit Stapelfehlern (blau, grün) und 3C-SiC (gelb, cyan).

Topographische Raman-Mikroskopie

Topographisches Raman-Bild von Mikrostrukturen in Silizium (blau) mit fluoreszenten Verunreinigungen (pink). Chemische Information und Oberflächenprofil wurden gleichzeitig mit TrueSurface Technologie aufgenommen und überlagert. Der maximale Höhenunterschied betrug 9 µm.

Charakterisierung von Schichten

Die Raman-Bildgebung gibt Aufschluss über die Eigenschaften der verschiedenen Schichten von Halbleitermaterialien unter der Oberfläche. Dieser Tiefenscan durch einen epitaktisch überwachsenen SiC-Wafer visualisiert die Verteilung der verschiedenen Schichten.

Der Raman-Tiefenscan eines epitaktisch überwachsenen SiC-Wafers zeigt eine dünne Grenzschicht (blau) zwischen dem Wafersubstrat (grün) und der epitaktischen Schicht (rot).

Probe freundlicherweise zur Verfügung gestellt vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB, Erlangen.

Analyse von 2D Materialien

Neuartige 2D Materialien, wie Graphen und Perowskit sowie Molybdändisulfid (MoS2), Wolframdiselenid (WSe2) und andere Übergangsmetalldichalcogenide (TMDs), sind aufgrund ihrer ungewöhnlichen strukturellen, elektronischen und optischen Eigenschaften von zunehmendem Interesse. Korrelative Raman-Mikroskopie ermöglicht die umfassende Charakterisierung dieser Strukturen, die eine bis wenige Schichten dick sind.

Für mehr Informationen lesen Sie unsere Application Notes (auf Englisch):

Charakterisierung einer WSe₂-Flocke. A: Hellfeldbild. B: Hochauflösendes Raman-Bild (102.400 Spektren, aufgenommen in ca. 17 Minuten), das Bereiche mit einer (rot), zwei (grün) und mehreren (blau) Schichten unterscheidet. C: Photolumineszenz-Bild mit einer sichtbaren Korngrenze (weißer Pfeil).

Repräsentatives Raman-Spektrum einer einzelnen CVD-gewachsenen MoS₂-Schicht auf einem Si/SiO₂-Substrat.

Raman-Bild einer einzelnen MoS₂-Schicht. Die Position der Raman E_2g-Bande ist farbkodiert, was Bereiche mit Verspannungen und unterschiedlicher Dotierung visualisiert.

Anwendungen

Materials Science Nano-Carbon & 2D Materials Semiconductors & Photovoltaics

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