Способ операционного контроля ионно-легированных слоев

 

Изобретение относится к измерениям электрофизических параметров полупроводников и может быть использовано для контроля дефектности ионно-легированных слоев полупроводника, и частности, при легировании малыми дозами. Цель изобретения - повышение чувствительности и экспрессности измерений, а также повышение их информативности. Особенностью изобретения является совместное измерение разности потенциалов и их флуктуаций типа 1/f за один цикл пропускания тока, определение по ним взаимосвязи слоевого сопротивления и спектральной плотности флуктуаций 1/f, на основании которых судят о дефектности ионно-легированного слоя. 1 табл.

Изобретение относится к измерениям электрофизических параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано для операционного контроля дефектности ионно-легированных слоев, в частности, при малых дозах легирования. Цель изобретения - повышение чувствительности, информативности и экспрессности способа контроля. П р и м е р 1. Измерения проводят на пластине монокристаллического кремния p-типа проводимости с удельным сопротивлением p>1˙10⁴ Ом˙см, имплантированного бором с дозой 5˙10¹² см^-2 и энергией Е=200 кэВ. Температура отжига Т_отж= 600^оС, время отжига t_отж=30 мин. На поверхность образца устанавливают 4 зонда. Опускают экран, предназначенный для подавления электромагнитных наводок. По заданной величине дозы легируемой примеси Ф определяют диапазон измерений и устанавливают величину тока измерений согласно данным таблицы. Измерения проводят 4-зондовым способом на частоте f=10 Гц. Измеряют разность потенциалов и их флуктуаций следующим образом: сигнал с образца U(t) одновременно подается на вольтметр для измерения разности потенциалов U и на спектроанализатор для измерения флуктуаций δ U(t). Для этого, пропуская ток I₁₄= 9˙10^-6 А между 1 и 4 зондами, измеряют разность потенциалов U₂₃= 4˙10^-2 В и ее флуктуаций δ U²₃₂=1,86˙10^-18 В²между 2 и 3 зондами. Пропускают ток I₁₃=1˙10^-5 А между 1 и 3 зондами и измеряют U₂₄=5˙10^-2 В между 2 и 4 зондами. Определяют значение слоевого сопротивления R_S по формуле R_S= ε_R· = 6,5·10³Oм/□ где ε_R= -14,696+25,173 -7,872 = 1,464. Затем определяют значение спектральной плотности флуктуации слоевого сопротивления S(f) при f= 10 Гц и δ f=1 Гц - ширина полосы пропускания фильтра. S(f) = = <δU²₂₃> = 1,23·10^-8Ом/Гц Затем производят повторный цикл измерений для f₁=10nf, где n=1-10, для выделения из спектра шумов 1/f составляющей. По полученным результатам определяют S(f₁). Если рассчитанное соотношение удовлетворяет равенству S(f₁)/S(f)=f₁/f=10n, то в данной области шум типа 1/f преобладает над уровнем других видов шумов, что определяется подбором параметров I и f. Далее определяют количественную взаимосвязь слоевого сопротивления R₃ и спектральной плотности флуктуаций слоевого сопротивления S(f): S_DS= = 0,112 где межзондовое расстояние 1=0,1 см; q - заряд электрона. Полученное значение S_DS сравнивают со значением S_DS^o= α_o μ_o =1 см²/В˙с неимплантированного полупроводника, где подвижность носителей заряда μ_о=600 см²/В˙с для p-кремния и α_о=1,6˙10^-3 - коэффициент Хоухе. На основании сравнения указанных значений можно сделать вывод, что в ионно-легированном слое преобладает механизм рассеяния на внедренной примеси. Определяют концентрацию N_S и эффективную подвижность μ_эффектносителей заряда N_S= = 3,23·10¹²см^-2 μ_эффект=MS_DS¹¹³=298,1 см^-1/В˙c, где М=(μ_o² / α_o)^1/3=6,21˙10² см²/В˙c. П р и м е р 2. Измеряют образец кремния p-типа проводимости, имплантированный бором Ф= 5˙10¹⁴ см^-2, Е=200 кэВ, Т_отж=800^оС, t_отж=10 мин, I₁₃=2˙10^-4 А, U₂₄= 1˙10^-2 В; < δ U₂₃²>=9,81˙10^-17 B²; I₁₄=1˙10^-4 А, U₂₃=9˙10^-3 B. ε_R=5,109. R_S=4,6˙10² Ом/□ S_R(S)=6,396˙10^-8 Ом²/Гц. S_DS=1,643˙10³ см²/В˙с. Cравнивают значение S_DS со значением S_DS^o для исходного материала S_DS=1,643˙10³ см/B˙с >> S_DS^o=1 см²/В˙с. Следовательно, в ионно-легированном слое (ИЛС) преобладающим является механизм рассеяния на технологической дефектности. Изменяя режимы имплантации и отжигов, необходимо добиваться уменьшения S_DS. Оптимальными, с точки зрения минимума дефектности, являются такие подобранные режимы технологии, при которых значение S_DS, измеренное на ИЛС, является минимальным. Чувствительность данного способа в 10²-10⁴ раз выше чувствительности известного способа.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПЕРАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ИОННО-ЛЕГИРОВАННЫХ СЛОЕВ, включающий пропускание постоянного стабилизированного электрического тока через ионно-легированный слой, измерение разности потенциалов и ее флуктуаций и определение по ним электрофизических параметров слоя, по которым судят о его дефектности, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и экспрессности измерений, а также повышения их информативности, разность потенциалов и ее флуктуаций измеряют совместно за один цикл пропускания тока, выделяют 1/f составляющую шума из спектра флуктуаций, на основании полученных значений определяют сопротивление слоя, спектральную плотность флуктуаций типа 1/f и их взаимосвязь.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        

---