Способ определения электрофизических характеристик полупроводников

 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано для анализа полупроводниковых структур на ранних стадиях, техпроцесса. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения наведенной фотоЭДС и относительного значения плотности обратного тока P-N-перехода. Подбирают мощность электронного зонда, обеспечивающую насыщение регистрируемого в режиме потенциального контраста вторично эмиссионного сигнала, при этом образец облучают импульсным потоком оптического излучения. Подбором частоты следования импульсов или их интенсивности осуществляют вывод измеряемой зависимости в рабочую область. После этого выполняют измерение. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1578770 А1 (я)ю Н 01 L 21/66

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4342305/24-25 (22) 14.12.87 (46) 15,07.90. Бюл. ¹ 26 (71) Всесоюзный научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума (72) Н.А. Борисов, В,Г. Дюков, Д.С, Кибалов и В.Н, Файфер (53) 621.382(088.8) (56) Дюков В.Г. Растровая электронная микроскопия потенциального рельефа и ее применения. — Пов. физ., хим., мех., 1982, ¹ 11, с. 1 — 15.

Гостев А,В. и др. Тестирование полупроводниковых структур. — Изв. АН СССР, сер. физич., 1984, т. 48, ¹ 12, с. 2397-2403. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК .ПОЛУПРОВОДНИКОВВ

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля с помощью сфокусированных электронных потоков и может быть использовано для диагностики и отбраковки полупроводниковых структур, Цель изобретения — обеспечение возможности измерения наведенной фотоЭДС и относительного значения плотности обратного тока р — п-перехода.

На фиг. 1 изображена блок- схема установки, реализующей данный способ; на фиг. 2 — зависимость поверхностной фотоЭДС от интенсивности излучения; на фиг. 3 и 4 — кривые сигнала вентильной фотоЭДС, полученные при сканировании вдоль строки.

Установка содержит столик 1 с образ- цом, светодиод 2, генератор 3 переменного (57) Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано для анализа полупроводниковых структур на ранних стадиях техпроцесса.

Цель изобретения — обеспечение возможности измерения наведенной фотоЭДС и относительного значения плотности обратного тока р-и-перехода. Подбирают мощность электронного зонда, обеспечивающую насыщение регистрируемого в режиме потенциального контраста вторично эмиссионного сигнала, при этом образец облучают импульсным потоком оптического излучения. Подбором частоты следования импульсов или их интенсивности осуществляют вывод измеряемой зависимости в рабочую область. Я

После этого выполняют измерение. 2 з,п.флы, 4 ил. тока, коллектор 4 потенциального контраста, сетку 5 коллектора, усилитель 6, синхронный детектор 7, двухкоординатный самописец 8, видеоконтрольное устройство

9, На фиг. 2 приведены; зависимость поверхностной фотоЭДС, полученная на неимплантированной области кремния КДБ-10 при токе электронного зонда 0,1 нА и энергии электронов 15 кэ — кривая 10; зависимость поверхностной фотоЭДС, полученная на имплантированной фосфором области пластины кремния (доза имплантации

ФР=16 мкКл/см2) при тех же параметрах электронного зонда — кривая 11; зависимость фотоЭДС на имплантированной области кремния КДБ-0,1 при токе сканирующего электронного зонда 50 пА и энергии электронов 2 кэ — кривая 12; зависимость фотоЭДС от освещения, полученная на имплантированном фосфоре (доза имплантации Фр=

=-16 мкКл/см ) при тех м<е параметрах электронного зонда — кривая 13, Пример . Образец, помещенный на столик 1 растрового электронного микроскопа, освещают светодиодом 2, который подключен к генератору 3, Сигнал с выхода коллектора 4 снимают в режиме потенциального контраста, т,е. подают на сетку 5 потенциал, отрицательный относительно образца. Сигнал усиливают с помощью усилителя 6, подают на сетку 5, обеспечивая режим линеаризации, и регистрируют синхронным детектором 7, выход которого подсоединен к самописцу 8 или ВКУ 9, Измерения проводились на микроскопе мини-СЕМ. Ток зонда достигал 0,2 нА, ускоряющее напряжение 2 и 15 кВ, Бь|ли использованы также светодиод АЛ 119, генератор ГЗ-36, усилитель У510, детектор 128А.

Измерения поверхностного потенциального барьера проводились на пластинах кремния КДБ-10 и КДБ 0,1, часть поверхности которых была имплантирована фосфоpoM c 3Hepi NBA Е=- 50 К38 и дозой Фр=

=-16 мк Кл/см . Поверхность освещалась светодиодом с интенсивностью 40 мВт/см, 2 энергия квантов 1,3 эВ. Свет модулирован частотой 1 кГц, Гегистрируемое пространственное разрешение сигнала 0,1 мкм, Коэффициент усиления выбирался равным 20.

Далее понижали 1ок зонда и его энергию до выхода регистрируемОго сигнала в насыщение, Для пластины КДБ-10 это 0,1 нА и 15 кВ соотвфтственно, Для пластины КДБ-0,1 насыщейие достигBflocb при токе 50 пАи энергии 2 кэВ., Далее изменяли частоту модуляции в диапазоне 0,1 — 10 Гц. Уменьшение сигнала фотоЭДС наблюдалось при частотах выше 5 кГц, При частоте 1 кГц в полосе 3 Гц снимали зависимость сигнала фотоЭДС от интенсивности освещения (кривая 11 на фиг, 2). По значению насыщения сигнала определяли поверхностные потенциальные барьеры участков поверхности, т,е. наведенной фотоЭДС. Измеренные величины составляли 117, 210, 57 и

128 мВ.

Другой пример конкретного выполнения способа предусматривает анализ резисторной сборки, Кривые, представленные на фиг, 3 и 4, представляют собой осциллограммы вентильной фотоЭДС, полученные при сканировании сборки в течение 100 с зондом с током 10 А и энергией 15 кэВ

Интенсивность освещения при этом составляла 40 мВт/см, частота модуляции 5 кГц.

Усилитель работал с коэффициентом 30. Режим работы (ток зонда и энергия электронов) выбирался аналогично примеру 1. Кривая на фиг, 4 получена при пересечении границы р-и-перехода и подтверждает возможность измерений с субмикронным раз5 решением. Для оценки плотности обратного тока р — и-перехода интенсивность освещения снижали до выхода регистрируемого . сигнала на линейный участок зависимости фотоЭДС (Оф) от интенсивности освещения

10 (i„) При этом регистрируемый сигнал равен ц КТ „(, ) КГ о 8 1о где 1ф — плотность фототока и 1ф=l, 4 — плотность обратного тока р-и-пере15 хода;

К вЂ” постоянная Больцмана;

Т вЂ” температура; е — заряд электрона, Выход на линейный участок наступал при

> 2 КТ л

1св 5 мВт/см и 0ф < —, = 25 мВ, е

Измеренные относительные значения плотностей обратных токов трех р — n — переходов (см. фиг, 3) соотносятся 1:25:18.

25 Таким образом, данный метод позволяет получать информацию о величинах потенциальных барьеров на поверхности полупроводниковых объектов, измерять абсолютные значения фотоЭДС с высокой ло30 кальностью.

Формула изобретения

1. Способ определения электрофизиче35 ских характеристик полупроводников, за-. ключающийся в облучении участка объекта с эталонными параметрами электронным зондом, измерении вторично-эмиссионного сигнала в режиме потенциального кон40 траста с линеаризацией. присвоении измеренному сигналу реперного значения, облучении электронным зондом контролируемого участка полупроводникового объекта, повторном измерении вторично

45 эмиссионного сигнала, его сравнении с реперным значением и определении искомого параметра по результатам сравнения, отличающийся тем,что,сцелью обеспечения возможности измерения на50 веденной фотоЭДС и относительного значения плотности обратного тока р — n-перехо. да, изменяя мощность зонда, определяют ее максимальное значение, при котором измеряемый сигнал не зависит от значения мощ55 ности, и устанавливают рабочую мощность зонда, не превышающую найденного значения, объект дополнительно облучают равномерным по сечению импульсным потоком оптического излучения с энергией квантов, 6 t57S770

12

1Оа

Риг. 2 большей ширины запрещенной зоны материала обьекта, изменяют интенсивность и частоту следования импульсов оптического излучения до выхода зависимости измеряемого сигнала от перечисленных параметров 5 оптического излучения в рабочую область, осуществляют измерение опорного сигнала и определение искомой величины.

2, Способ по и. 1. о т r„и ч а .о шийся тем, что при измерении наведенной фото- 10

ЭДС в качестве рабочей области зависимости измеряемого сигнала от интенсивности излучения используют участок насыщения атой зависимости, 3. Способ по и, 1, о тл ич а ю щи и с я тем, что при измерении относительного значения плотности обратного тока р — n-перехода в качестве рабочей области зависимости измеряемого сигнала от интенсивности излучения используют линейный участок этой зависимости, 1578770

Ц, д

02

40 х, мкг

И<р Ь

Оф

02

15 )(РФИВА

Составитель В. Рыбалко

Редактор А. Долинич Техред М. Моргентал Корректор M. Самборская

Заказ 1920 Тираж 464 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Гагарина, 101