Способ контроля однородности полупроводников

 

Изобретение относится к метрологии электрофизических параметров полупроводников и предназначено для экспрессной отбраковки полупроводниковых заготовокj используемых при изготовлении полупроводниковых приборов. Цель изобретения - увеличение . экспрессности при сохранении высокой точности контроля при определении .однородности по составу полупроводникового соединения, а также при определении однородности распределения примеси . Исследуемый образец полупроводника в виде пластины, оптически тонкой в диапазоне длин волн за краем фундаментального поглощения, нагревают до температуры выше фоновой и регистрируют его тепловое изображение . При контроле однородности по соотношению х элементов полупроводникового соединения тепловое изображение регистрируют в диапазоне длин волнЯбЬс/(Еа)„ц„ , а при контроле однородности распределения примесйв диапазоне he/(ЕЛ) мин где h - постоянная Планка; с скорость све- .та в вакууме,(Еа)минориентировочно минимальная ширина запрещенной зоны полупроводника. По однородности и контрасту теплового изображения судят о степени однородности образца, предварительно определив зависимость интенсивности теплового излучения от ЕЯ и X. 2 а,п. ф-лы, 1 ил. с SS (Л с СдЭ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 Н 01 1. 21 66

ОПИСЛНИК ИЭОБРКтКНил

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРЕтений и ОткРытий (46) 30. 07. 91. Бюл, Р 28 (21) 4052004/25 „ (22) 11.02.86 (71) Институт полупроводников АН УССР (72) В.К. Малютенко, С.С. Бопгов, В.А. Мороженко,. Е.А. Глушков, Э.М. Омельяновский .и В.А. Морозов (53) 621.382(088.8) (56) Батавии В.В. Контроль параметров полупроводниковых, материалов и эпитаксиальных слоев. М.: Сов.радио, 1976, с.38, Ковтонюк Н.Ф ., Конце вой Ю.А. Иэмерейия параметров полупроводниковых материалов. М.: Металлургия, 1970, с.243, 245. (54) СПОСОБ КОНТРОЛН ОДНОРОДНОСТИ

ПОЛУПРОВОДНИКОВ (57) Изобретение относится к метрологии злектрофиэических параметров полупроводников и предназначено для зкспрессной отбраковки полупроводниковых заготовок, используемых при изготовлении полупроводниковых при- боров. Цель изобретения - увеличение экспрессности при сохранении высокой,,SU„„ AI точности контроля при определении ,однородности по составу полупроводникового соединения, а также при определении однородности распределения примеси . Исследуемый образец олупроводника в виде пластины, оптически тонкой в диапазоне длин волн эа краем фундаментального поглощения, нагревают до температуры выше фоновой и регистрируют его тепловое иэображение. При контроле однородности по соотношению х элементов полупроводникового соединения тепловое иэображение регистрируют в диапазоне длин волня Ьс/(Е )„„„, а при контроле . однородности . распределения примеси-. ! s диапазоне Ф > hc/(E ) „„, где hпостоянная Планка, с — скорость cse» .та в вакууме, (E ) ®< - ориентировочно минимальная ширина запрещенной зоны полупроводника. По однородности и контрасту теплового изображения судят о степени однородности образца, предварительно определив зависимость интенсивности теплового излучения от Е и х. 2 s.ï. ф лы, 1 ил.

1376846

Изобретение относится к полупро" водниковой технике и технологии, может быть использовано для контроля полупроводников при их изготовлении и при изготовлении полупроводниковых приборов и предназначено для экслрессной отбраковки полупроводниковых заготовок, используемых при.изготовлении полупроводниковых приборов. 10

Пель изобретения — повышение экспрессности при сохранении высокой точности контроля при определении однородности по составу полупроводникового соединения, а также при определении однородности распределения примеси.

На чертеже показана зависимость интенсивности Х теплового излучения исследуемого образца полупроводника 20

Cd „ Hg „ Те от ширины запрещенной зоны Е исследуемого полупроводника и количественного соотношения х зле . ментов исследуемого полупроводника при разных температурах Т: кривая 1 25

Т;-200 К, кривая 2 Т=ЗООК, кривая

3 Т = 400 К,:

П р и и е р. Для контроля однородности наиболее удобно использовать тепловизор, так как за короткое вре- 30 мя он дает информацию о тепловом излучении каждой точки полупроводника.

По яркости и контрасту изображения исследуемого полупроводника можно сразу сделать вывод о степени его неоднородности. По яркости или цвету изображения определяется количествен- ное саотношение элементов или концентрация примеси во всем образце, если он. неоднороден, или в его час- @ тях;

Необходимо отметить, что использование тепловизора для определения степени однородности полупроводника нетипично для этих приборов, преднаэначеиных для определения температурных различий объекта. Однако, так как тепловизор, в конечном счете, регистрирует тепловое излучение, то не имеет значения, чем вызвано его изменение - градиентом температуры или неоднородностью полупроводника.

Использ уют тепловизор типа AGA-680 °

Частота кадров индикаторного блока тепловизора AGA-680 составляет 16 кадров/с, т.е. изображение исследуемого объекта возникает за время IL

1/16 с. Это значение можно принять в качестве минимального времени измерения данного прибора.

Спектральный диапазон данного тепловизора составляет 2-6 мкм.

Таким образом, его можно применять для контроля однородности соста- .ва полупроводников со значением Е

0,2-0,6 зВ и для контроля однородйости распределения примесей в полупроводниках с Е >0,2 эВ. Минимально различимая разность. температур тепловизора AGA-680 составляет 0,2 К при 300 К. Переводя по формуле Планка температурную разрешающую способность в энергетическую, устанавливают, что минимально различимая разность потоков теплового излучения (6l „„„, фиксируемая данным прибором, (ь?)„„„ =

1 -10 Вт/cM .

Теоретически или экспериментально градуируют используемый прибор в единицах Е или х дЛя конкретного полуФ проводникового соединения, находящегося. при заданной температуре выше фоновой.

Теоретически интенсивность 1 теплового излучения исследуемого образца полупроводника зависит от.Е следующим образом:

Ед

Х(К ) -". — qkTE б 1+3 — — + с2hç 3 Е

+6(— )+6(— ), kT kT11 (1) .

Е Е .9 где h - постоянная Планка, . к — постоянная Больцмана, Т - температура (T=const)j

: с - скорость света в вакууме.

В сложных полупроводниковых соеди" нениях ширина запрещенной зоны однозначно зависит от состава. Например, для Cd Hg „ Tå зта зависимость xopomo олисывается формулой

К (х) -0,25+5,233 ° 10 (1-2,08х+

+0,53х+0,ЗП . . (2)

Сложные -зависимости интенсивности

Х от Е и, в конечном счете, от х в соответствии с формулами (1) и (2) представлены на чертеже.

Контроль однородности проводят на пластине Cd„Hg, „ Те со средним значением к 0 31 и толщиной 10у 100 мкме

Минимально различимая тепловизором

AGA-680 разность Е составляет 5>

10 эВ при К 0,3 эБ. Таким обра1Зжи46 зом, точность контроля однородности даннага образца по составу (ьх)„„„ =

4 10

Для оценки точности контроля однородности распределения примеси исследуют германиевый образец со средней концентрацией нескомпенсированнай доноряой примеси 0 1 ° 10 см и толщиной 1=5 мм. Коэффициент поглощения теплового излучения на свободных электронах М =2 10 см . Так как и 1=10 «1, образец является оптически тонким за краем фундаментального поглощения. Минимальная разность концентрации примеси (aNе)„„„, которую может зафиксировать тепловизор

AGA-680, составляет б 10 N, где

N " концентрация свободных электронов. В данном образце способ позволяет обнаружить отклонение концентра12 -Ъ ции примеси-на 6 10 см и более.

Увеличение экспрессности способа основана на том, что для регистрации теплового иэображения измеряется ин-. тегральная по частоте интенсивность

1 теплового излучения, а интегральные величины измеряются всегда быстрее, чем спектральные. Таким образом, увеличение экспрессности способа носит принципиальный характер.

Высокую точность способа определяют сильная зависимость Т от Е и х и пропорциональность тепловога излучения концентрации легирующей примеси.

Ф о.р м у л а и з о б р е т е.н и я

1. Способ контроля однородности полупроводников, включающий изготовление пластины полупроводника толщиной 1, определяемой соотношением сс 1 1, где в - коэффициент поглощения излучения на свободпьх носителях заряда О т л и ч а ю шийся тем, что, с целью полышения экспрессности при сохранении высокой точнос. ти, пластину нагревают до температуры выше фоновой, регистрируют тепла1п вое изображение образца и па однородности и контрасту тепловога изображения определяют степень однородности полупроводника, 2. Способ па п.1, о т л и ч а ю15 шийся тем, что, с целью повышения экспрессности при сохранении высокой точности при контроле однородности по составу полупроводникового соединения, регистрируют тепловое изображение образца в диапазоне длин волн, удовлетворяющих условию % а

hc с 1

Еу мин где h — постоянная Планка с - скорость света в вакууме;

Ф вЂ” длины волн, на которых регистрируют тепловое иэображение полупроводника;

Е „„„- ориентировочно минимальная ширина запрещенной зоны исследуемого полупроводника.

3. Способ па п.1, о т л и ч а ю" шийся тем, что, с целью повышения экспрессности прн сохранении высокой точности при к чтроле однородности распределения примеси, регистрируют тепловое изображение образца

s диапазоне длин волн, удовлетворяющих условию

Ьс

Я»- — - °

Е сии

1376846

З,нйе сн < г

Составитель Н. Петрович

Редактор Г. Бельская, Техред И.Попович корректор И. Иаксимиаинец

МВВ ЭВЮФ

Ю ЮВЙ

Заказ 3131 v, Тираж 376 „ Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и еткрнтий

113035, Москва, Ж-35,. Раувскай наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Уагород, ул. Проектная, 4