在高電子遷移率晶體管（HEMTs）中，最難控制的一個(gè)參數(shù)是AlGaN阻擋層中的鋁含量。這一層對(duì)于晶體管的核心功能至關(guān)重要，但其成分容易受到金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOVPE）反應(yīng)器中前驅(qū)體流量波動(dòng)的影響。對(duì)于增強(qiáng)型HEMTs，AlGaN層被埋在高吸收性的pGaN層之下，這使得通過(guò)光致發(fā)光（PL）光譜法探測(cè) AlGaN 層變得困難，因?yàn)樘綔y(cè)激光在上層的pGaN中會(huì)被大大衰減。

與通常使用固定波長(zhǎng)激光器（其穿透深度無(wú)法調(diào)節(jié)）的PL相比，CL使用電子束探針，通過(guò)改變束能，其穿透深度可從幾十納米調(diào)節(jié)到幾百納米。這使得能夠?qū)ζ骷询B中的不同層進(jìn)行選擇性探測(cè)。

圖1：增強(qiáng)模式高電子遷移率晶體管（HEMT）器件典型薄膜堆疊的示意圖，以及電子束能量與其穿透深度關(guān)系的表示圖。

圖1：展示了典型的氮化鎵高電子遷移率晶體管（HEMT）堆疊結(jié)構(gòu)示意圖，以及CL電子束探針的可變穿透深度隨束流能量變化的情況。

為了探測(cè)AlGaN層，必須謹(jǐn)慎選擇合適的束流能量。電子束與AlGaN層之間的相互作用會(huì)導(dǎo)致具有特征波長(zhǎng)的光發(fā)射，其能量可與AlGaN層的帶隙能量相關(guān)聯(lián)，從而與鋁的含量相關(guān)聯(lián)。然而，來(lái)自AlGaN層的光量與夾在其中的GaN層發(fā)出的光量相比要少得多。這是由于多種因素造成的，包括該層的厚度較小以及能帶排列，這有利于在上下GaN層中發(fā)生復(fù)合。此外，從AlGaN層發(fā)出的大部分光在到達(dá)樣品表面之前就被pGaN頂層吸收了。這意味著來(lái)自AlGaN層的最終發(fā)光強(qiáng)度很弱，難以檢測(cè)。

這就是Attolight CL系統(tǒng)先進(jìn)光學(xué)技術(shù)發(fā)揮作用的地方。來(lái)自樣品的光通過(guò)我們專有的物鏡進(jìn)行收集，該物鏡直接集成在電子柱中。這種配置能夠在大視場(chǎng)范圍內(nèi)高效收集光，而且對(duì)于在改變激發(fā)條件時(shí)出現(xiàn)的束流偏移效應(yīng)具有很強(qiáng)的抗性。完全集成的Attolight系統(tǒng)能夠檢測(cè)到極其微弱的信號(hào)，這些信號(hào)用CL附加系統(tǒng)是無(wú)法檢測(cè)到的。

結(jié)果表明，盡管AlGaN發(fā)射微弱且衰減，但Attolight系統(tǒng)仍能檢測(cè)并擬合所得光譜，從而可靠地測(cè)量出該層的鋁含量（AlxGa1-xN，x = 0.1978），如圖 2 所示。

圖2：從一系列陰極發(fā)光光譜采集數(shù)據(jù)中識(shí)別出的AlGaN發(fā)射能量及對(duì)應(yīng)的鋁組分含量。

得益于Santis 300的全晶圓處理能力，可以進(jìn)行晶圓級(jí)統(tǒng)計(jì)，如圖3所示，還能進(jìn)行批次間的監(jiān)測(cè)。這確保了工藝工程師能夠獲取所需數(shù)據(jù)，從而迅速發(fā)現(xiàn)外延工藝失控的情況，并關(guān)閉出現(xiàn)問(wèn)題的反應(yīng)器，避免可能造成廢品或產(chǎn)品降級(jí)的代價(jià)高昂的偏差。

圖3：通過(guò)圖2所示的定量CL技術(shù)提取的整個(gè)200毫米晶圓上鋁含量變化的晶圓圖。

S?ntis 300

【END】