用太赫兹发射光谱检查硅晶片可以提供新的半导体选择

过去半个世纪以来，硅(Si)一直是半导体行业和现代电子行业的焦点。然而，它的表面特性仍然是个谜。

Si表面的特性变化很大，但对于制造Si基器件至关重要。氟化氢(HF)及其缓冲(BHF)溶液通常用于处理表面并去除自然氧化层。BHF刻蚀后，形成以氢(H)为末端的表面，并且由于表面状态的变化和表面偶极子的产生，表面性质发生显着变化。

在Light:Science&Applications上发表的一篇新论文中，由大阪大学MasayoshiTonouchi教授领导的一组科学家研究了Si表面的太赫兹(THz)发射特性。这篇题为“通过太赫兹发射光谱对缓冲氟化氢处理的硅晶片表面进行快速、非接触、灵敏和半定量表征”的论文暗示了太赫兹发射与表面带弯曲与表面偶极子之间的半定量联系。

目前，半导体行业使用各种方法来表征晶圆表面的缺陷，以确定更好的表面用于光刻工艺。

标准的晶圆检测技术包括使用激光束及其在特定角度反射的明场和暗场检测、电子束检测以及使用电子束以获得更高分辨率的多束检测。除了Si晶片表面的缺陷外，表面电性能对于进一步制造和影响器件质量也很重要。

为了提高集成到Si晶圆中的产品的产量，必须在制造过程中的化学处理前后快速、高效、定量地表征Si晶圆的表面特性。已经提出了几种有用但复杂的工具来估计表面电位。

这些包括X射线光电子能谱、表面光电压测量和开尔文力显微镜。敏感的局部表面评估和快速表面特性映射的方法仍然缺乏和迫切需要。

研究小组提出激光诱导太赫兹(THz)发射光谱(TES)和激光诱导太赫兹发射显微镜(LTEM)作为最有希望的候选者。这些是作为一种灵敏和半定量的非接触式局部表征方法进行的。它提供了一个额外的映射功能，可以有效地评估表面特性，例如表面电位、钝化层和表面电荷密度。

由于超快电荷传输，半导体表面的超快激光激发会产生太赫兹辐射。该机制主要可分为两类：光载流子扩散和光载流子漂移。Si金属氧化物半导体结构的太赫兹发射被认为是先前报道中漂移电流和扩散的综合结果。与表面电场产生的漂移电流相比，裸硅表面上的光登伯效应相对较弱。

研究人员观察了使用BHF溶液去除自然氧化层前后Si表面的太赫兹发射。同时，掺杂类型和掺杂浓度的参数也表明了它们对观察到的太赫兹发射波形的幅度和极性的影响。太赫兹波形的翻转揭示了太赫兹发射对表面带弯曲的强烈依赖性。它主要由表面态能量和费米能级决定。

此外，研究人员还讨论了表面特性的参数。他们提供了BHF蚀刻后具有线间距图案的Si表面表面电势分布的LTEM图像作为应用示例。LTEM-TES是一种很有前途的工具，可实现快速、非接触和灵敏地表征Si表面特性，并将有利于现代Si工业。