3-D Analysis of Semiconductor Surface by Using Photoacoustic Microscopy

In this experiment, a three dimensional structure analysis was carried out to examine the surface defects of semiconductor made artificially on known scale. It was investigated the three dimensional imaging according to the sample depth and the thermal diffusivity as well as the carrier transport properties. The thermal diffusivity measurement of the intrinsic GaAs semiconductor was also analyzed by the difference of frequency-dependence photoacoustic signals from the sample surface of different conditions. Thermal properties such as thermal diffusion length or thermal diffusivity of the Si wafer with and without defects on the surface were obtained by interpreting the frequency dependence of the PA signals. As a result, the photoacoustic signal is found to have the dependency on the shape and depth of the defects so that their structure of the defects can be analyzed. This method demonstrates the possibility of the application to the detection of the defects, cracks, and shortage of circuits on surface or sub-surface of the semiconductors and ceramic materials as a nondestructive testing(NDT) and a nondestructive evaluation(NDE) technique.

광음향 현미경법을 이용한 반도체 표면의 3차원적 구조 분석

반도체 제작 과정에서 증착이나 식각, 회로의 검사 등에서 생겨날 수 있는 미세한 흠집이나 불완전성을 검사하기 위해 광음향 현미경법을 응용하였다. 반도체 표면에서 발생되는 광음향 신호를 측정하여 흠집의 형태와 깊이를 결정함으로써 3차원 영상을 분석하여 그 구조를 밝혔다. 또한 광음향 현미경법을 이용하여 진성 GaAs 반도체의 운반자 운송성질(비방사 벌크재결합 및 비방사 표면재결합)과 열확산도 및 시료 깊이에 따른 3차원 영상을 분석하여 진성 GaAs 반도체 열확산도 측정 시, 빛이 조사되는 표면조건에 따라 광음향신호의 주파수 의존성이 달라짐을 관측하였다. 실험결과 표면상태가 거친 면에서 매끄러운 면으로 갈수록 높은 주파수 의존성을 나타내었다. Si 웨이퍼 위에 임의로 제작되어진 흠집을 만들고 이를 광음향 현미경법으로 측정한 결과 광음향 신호는 변조되는 주파수와 웨이퍼의 열적 특성에 따라 달라지며 이를 통하여 흠집의 형태와 위치 및 크기를 확인하였다. 광음향 현미경은 반도체 소자나 세라믹 물질에 대하여 비파괴 검사와 비파괴 평가에 관한 연구가 가능하며 반도체 공정 과정에서 생겨날 수 있는 시료의 깨짐이나 결함 등을 검사하는데 응용 가능한 분석법임이 증명되었다.