[发明专利]半导体掺杂的扩散深度检测方法

说明书

一种半导体掺杂的扩散深度检测方法，方法包括：进行掺杂剂扩散，测得半导体光电探测器件的击穿电压；根据击穿电压计算掺杂剂的扩散深度并根据检测扩散深度对器件进行补扩散，以优化扩散工艺。检测方法无需完成所有芯片的流片工艺，无需划裂片至单个芯片器件，并且无需其他表征检测手段的破坏性制样，并且可以在完成掺杂剂扩散时对晶圆片上点进行大范围快速、无损性的测试与抽测，测试表征准确，高效、无损。基于该方法对扩散工艺进行优化以达到预期目标及后续流片工艺。

技术领域

本发明涉及光电探测器领域，尤其涉及一种半导体掺杂的扩散深度检测方法。

背景技术

半导体掺杂剂热扩散在基于P-N结的III-V族半导体光电探测器中往往采用有机金属化学气相沉积法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，其扩散轮廓与深度等扩散结果与扩散时的气体流量、温度、载气流量、时间等参数相关联，并且在基于P-N结的III-V族半导体光电探测器芯片扩散工艺往往需要多次扩散，而每次扩散由于并未整片均匀扩散存在正向扩散、侧向扩散、定浓度扩散等不同情况，其扩散机制很难用菲克扩散定律(第一定律、第二定律)直接利用数学推导表述出来，所以掺杂剂的扩散情况往往需要借助于各种先进的表征的手段来加以分析。

目前，常用于半导体光电探测器的掺杂剂的扩散情况的表征检测手段有：扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)、二次离子质谱(Secondary Ion MassSpectrometry，SIMS)、电化学电容-电压(Electrochemical Capacitance-Voltage，ECV)等，三者均对样品具有破坏性，并且只能对单一芯片进行测试，制样工序复杂，时间与成本均较高。其中，SEM可以分辩出掺杂剂扩散的轮廓，其通过掺杂和不掺杂的SEM中颜色不同进行轮廓区分，但无法鉴别浓度，轮廓边界的浓度定义模糊；SIMS可以判断元素类型及浓度，但判断的是掺杂剂的元素浓度，并非有效掺杂浓度，所以所测浓度偏高，并且其对最初测试点的浓度测试不准确，即外延片最上方；ECV的测试通过器件的电容电压特性进行腐蚀性测试，需要对器件进行标定，否则测试数据不准确。现有对半导体芯片掺杂的表征技术很难做到批量测试、普遍适用于整个晶圆片上的芯片、低成本、无损性的掺杂剂扩散的表征检测。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对于现有的技术问题，本发明提出一种半导体掺杂的扩散深度检测方法，用于解决现有技术中很难实现批量测试、普遍适用于整个晶圆片上的芯片、低成本、无损性的掺杂扩散的表征检测问题。

(二)技术方案

本发明提供一种半导体掺杂扩散深度的检测方法，包括：S1，进行掺杂剂扩散，测得半导体光电探测器件的击穿电压；S2，根据击穿电压计算掺杂剂的扩散深度。

可选地，根据击穿电压计算掺杂剂的扩散深度包括：将击穿电压代入泊松方程与发生雪崩(即击穿)的条件方程联合进行求解，得到半导体光电探测器件中掺杂剂的扩散深度，该泊松方程为：

发生雪崩(即击穿)的条件方程为：

其中，F(x)为扩散深度为x的电场，N(x)为扩散深度为x的掺杂剂密度，ε为扩散深度为x所在外延层的介电常数，ε₀为真空介电常数，q为电子电荷，α为倍增区的半导体材料的空穴的碰撞离化系数、β为倍增区的半导体材料的电子的碰撞离化系数(二者均为倍增区电场的函数)。

可选地，测得半导体光电探测器件的击穿电压包括：对半导体光电探测器件施加反向偏压，测得半导体光电探测器件的电流-电压曲线；根据电流-电压曲线得到半导体光电探测器件的击穿电压。

可选地，测得半导体光电探测器件有光探测信号(有光)的光电流-电压曲线、无光探测信号(无光)的暗电流-电压曲线。