创锐光谱碳化硅晶圆少子寿命成像系统TAU-9000系列产品全面升级发布
少子寿命是表征半导体材料关键物理属性的重要参数之一。其长短直接影响载流子的迁移距离和器件的响应速度/频率，同时也能体现晶格质量（如点缺陷和杂质元素等），并反映掺杂浓度等重要信息，从而为半导体材料的应用和质量评判提供重要依据。
以第三代半导体碳化硅（SiC）为例，SiC晶圆中的点缺陷（如碳空位、杂质元素）和掺杂浓度（氮掺杂）通过引发少子非辐射复合而显著影响少子寿命。具体而言，当点缺陷浓度过高时，少子寿命随之变短，这代表晶格质量变差，并会导致导通电阻增大，进而影响器件的漏电流及导通压降等电学参数。同时，掺杂浓度的高低也与少子寿命密切相关。因此，对SiC晶圆少子寿命进行快速、精准和高分辨率的空间成像，对于材料质量评估、掺杂浓度均一性监控、工艺优化及良率提升至关重要。
图1：载流子寿命测试的原理图
目前，行业内检测SiC少子寿命普遍采用微波光电导衰减（μ-PCD）法。然而，该方法最初是为传统硅材料（少子寿命通常在10微秒量级以上）检测而设计，而SiC材料在生长方法、生长工艺、元素组成等方面与Si材料差别巨大，不同掺杂浓度和不同外延厚度会大幅度影响SiC的少子寿命范围（从不足100纳秒到数微秒不等），这对少子寿命检测提出了更高的要求，传统μ-PCD方法已不能满足：
时间分辨率有限（μ-PCD约为~50纳秒），对于寿命较短的薄外延层和衬底无法实现精准检测；
空间分辨率低，受限于微波探针，通常在毫米级别（~1毫米），无法实现高精度的晶圆分布成像；
传统点扫描方式造成检测速度慢，对于6英寸外延片，常规的μ-PCD检测时间在几十分钟到一个小时，无法满足未来量产检测需求。
针对上述痛点，创锐光谱推出了基于时间分辨光谱成像技术的TAU-9000晶圆少子寿命成像系统，并于近期完成了各种功能的全面升级（TAU-9000HR），将为SiC晶圆检测带来了新的突破。
该系统可快速实现高精度（百微米分辨率）整晶圆少子寿命分布成像图和分布均匀性指标，也可实现局部区域的超高分辨微区成像（亚微米分辨率）；激发光源支持355纳米和266纳米波长切换，可实现体相和表面少子复合速率检测； 此外，升级后的检测系统可配备真空/氮气检测舱，支持室温到200摄氏度范围内的温度调控检测、全自动化检测等特色功能，从而可同时满足产线检测和R&D检测的需求。
图2：TAU-9000HR 高分辨晶圆少子寿命成像系统设备介绍 升级版TAU-9000系统核心亮点介绍：
01 ｜整晶圆高精度少子寿命成像
在整晶圆模式下，空间分辨率可达100微米，清晰呈现晶圆寿命分布细节；系统设计充分考虑了产线升级需求，兼容6英寸、8英寸及12英寸晶圆尺寸，为未来大尺寸SiC量产提供检测保障。依托高速采集设计，单张6英寸晶圆检测时间可控制在10分钟以内，相比传统μ-PCD方法，效率提升数倍。
图3：TAU-9000HR典型成像图以及跟μ-PCD的对比 （a）TAU-9000HR测试少子寿命成像图，空间分辨率为0.1毫米（6英寸晶圆）。 （b）μ-PCD测试少子寿命成像图，空间分辨率（微波探针）大于1毫米。
02 ｜激发波长可调，体相/表面双模式，无衬底干扰
配备 355/266纳米双激发波长，基于半导体对不同波长的吸收深度的不同，可切换进行体相与表面检测。在 266纳米激发下，信号主要来源于浅表层（约1微米），在355纳米激发下，信号主要来源于几十微米厚度的体相信息，可有效排除衬底信号的干扰，并可通过不同激发波长下的少子寿命成像结果，实现体相少子寿命和表面少子复合速率的独立解析成像。
图4：对于同一片厚外延晶圆，266纳米和355纳米分别激发的结果对比 (a) 355纳米激发（主要激发体相）少子寿命成像分布；(b) 266纳米激发（主要激发表面）少子寿命成像分布；(c) Plot1处两种激发条件下的衰减动力学对比；(d) 经全局拟合（考虑扩散及表面复合）得到Plot1本征少子寿命；(e）表面复合速率S（cm/s）成像；（f）体相τb(ns)寿命成像
03 ｜高时间分辨，可兼顾外延与衬底晶圆的少子寿命成像
时间分辨率<2纳秒，极大提升了系统的时间分辨能力，除了能够及时精准捕获快速衰减信号外，无论是短寿命的衬底（掺杂浓度高，寿命为数纳秒到几十纳秒），还是相对长寿命的外延层（几十纳秒至数百纳秒），均能被系统精准检测。
图5：衬底少子寿命成像 (a) 355纳米激发衬底少子寿命成像分布；(b) Plot1和Plot2处衰减动力学对比。 相较于缺陷较少的中心区域，缺陷较多的边缘位置处少子寿命较短。
04 ｜拓展超高分辨微观成像功能，揭示缺陷细节
TAU-9000HR型号不仅支持全晶圆宏观成像，其独特的高分辨率能力（空间分辨率达到0.9微米）还可实现微观区域的高精度少子寿命成像。测试结果表明，高分辨成像可清晰观测到外延层中的贯穿型位错（TD）和层错（SF）等缺陷，为缺陷溯源与机理研究提供直观依据。
图6：高分辨少子寿命成像（a）和（b）分别为不同区域的高分辨少子寿命成像图，可以识别SF和TD（点状）信号；（c）和（d）为选区对应Plot处的衰减动力学，缺陷处少子寿命较正常区域更短。
05 ｜双重样品保护模块可选，保护敏感材料
为避免环境因素对测试结果的干扰，系统提供氮气样品舱与真空样品舱两种独立模块供用户选择，可在惰性气体或真空环境下进行检测，有效保护样品表面状态，确保数据的真实性与重复性。
06 ｜宽温域变温模块，助力机理研究
集成室温至200摄氏度的变温模块，支持温度依赖性的少子寿命分析，助力深入探究复合机制与陷阱能级特性。
图7：不同温度下的少子寿命测试结果 （a） 常温测试，（b）175 摄氏度下测试。 较常温测试，高温测试条件下外延片少子寿命更长。
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