[发明专利]一种高掺杂半导体掺杂浓度的测算方法

说明书

本发明属于半导体材料及工艺测试领域，公开了一种高掺杂半导体掺杂浓度的测算方法。该方法的实施步骤至少包括：S1.利用回旋共振实验测算等效态密度N_*；S2.室温霍尔实验测得室温下的载流子浓度n_(室温)；S3.变温霍尔实验计算弱电离区所述载流子的弱电离能ε；S4.结合上述步骤获得的等效态密度N_*，载流子浓度n_(室温)和弱电离能ε计算高掺杂半导体的掺杂浓度N。本发明克服了现有的几种半导体掺杂浓度的测试方法的局限，通过基本实验和简单计算、拟合，能较为简便和准确的得出高掺杂半导体，尤其是宽禁带半导体内的掺杂浓度。

技术领域

本发明属于半导体材料及工艺测试领域，具体为一种高掺杂半导体掺杂浓度的测算方法。

背景技术

作为微电子器件领域的重要分支，分立式器件在军事、航天、交通运输和电力传输等方面有着广泛的应用，并对人们的生产生活方式产生了十分深刻的影响。半导体器件自身性能与其所使用的材料密切相关，以碳化硅、氮化镓为主的第三代半导体材料受到越来越多的关注。碳化硅具备高热导率、高电子饱和速率以及高抗辐射能力等优良特性，适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件；氮化镓具有更高的击穿场强和电子饱和速率，被认为是下一代微波射频电子器件的理想材料。

功率半导体器件和微波射频半导体器件均需要在器件的表面实现欧姆接触来引出半导体中的电流，通常情况下，欧姆接触面积一般小于器件的20％-30％，这就要求欧姆接触的接触电阻率要在10^-6Ω·cm²范围内。一般可以通过高掺杂外延生长或离子注入的方式将表面掺杂浓度提升至1019cm-3甚至更高数量级，以获得低于10^-6Ω·cm²的接触电阻率，实现良好的欧姆接触。因此准确测量高掺杂碳化硅的掺杂浓度，进一步探索欧姆接触的机制，提升欧姆接触效率，推动功率半导体器件和微波射频半导体器的发展有一定现实意义。

目前半导体材料掺杂浓度的测试方法主要有以下4种：汞探针C-V法、SIMS测试法、霍尔实验法、四探针法。以上4种测试方法对宽禁带高掺杂半导体掺杂浓度测试均有不足。

汞探针C-V法：汞探针C-V法是测试碳化硅外延掺杂浓度最常用的方法，对掺杂浓度大于2.5×10¹⁸cm^-3以上的晶片，由于其耗尽层宽度变化小于0.1μm，测试结果受界面态、界面电荷等影响较大，测试误差大。

SIMS测试法：SIMS测试属于破坏性测试，其测试结果为半导体内部各元素的比例及浓度，其对应的是间隙掺杂浓度和替位式掺杂浓度。通常在半导体材料内替位式掺杂才是有效掺杂，因此SIMS测试的结果并不能准确反映碳化硅实际有效掺杂的浓度。

霍尔实验法：测试结果仅为载流子浓度，并不是外延或者离子注入的实际掺杂浓度。通常霍尔实验能够被用作测量强电离下半导体内的掺杂浓度，而对于宽禁带半导体材料，例如碳化硅和氮化镓，其电离能较高，在较高的掺杂浓度下，常常处于弱电离状态，霍尔效应所测得其载流子浓度远小于半导体材料的实际掺杂浓度。

四探针法：测试结果为载流子浓度与迁移率的乘积。四探针法常常被用于测试半导体材料的电阻率，由电导率公式可知，四探针法的结果为半导体材料内载流子浓度与迁移率的乘积，由于迁移率受到散射的影响，随掺杂浓度和温度而改变，同时载流子浓度仅在强电离下与半导体内的实际掺杂浓度相同，因此该方法不能准确反映半导体材料的实际掺杂浓度。

发明内容

本发明的目的是针对现有高掺杂半导体掺杂浓度测试方法上的不足，提出了一种较为便捷和准确的高掺杂半导体中掺杂浓度的测算方法，包括：

S1.利用回旋共振实验测算等效态密度N_*；

S2.室温霍尔实验测得室温下的载流子浓度n_(室温)；