Способ определения качества полупроводникового кристалла

 

Изобретение относится к технологии, производства полупроводниковых приборов и может быть использовано для контроля концентрации дефектов, в частности вакансий. Цель изобретения - обеспечение возможности определения концентрации вакансий. Кристалл нагревают с постоянной скоростью при одновременном облучении ультрафиолетовым светом с энергией фотона , равной фотоэлектрической работе выхода электрона бездефектного кристалла, и измеряют интегральный ток экзоэлектронной эмиссии. Нагрев кристалла ведут до достижения температуры, соответствующей температуре второй точки перегиба кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от температуры. Затем поддерживают достигнутую температуру постоянной, а последующее облучение ведут светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электронов с вакансионных уровней. Регистрируют зависимость тока экзоэлектронной эмиссии от времени, по которой определяют концентрацию вакансий . 2 ил., 1 табл. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1728901 А1 (51)5 Н 01 (21/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

СО

О (21) 4780323/25 (22) 08.01.90 (46) 23.04.92; Бюл. N 15 (71) Рижский политехнический институт (72) Ю. Д. Дехтяр и Г. Л. Сигалович (53) 621.382(088.8) (56) Бургуэн, Ж. Точечные дефекты в полупроводниках, М.: Мир, 1985, с. 96-97, Авторское свидетельство СССР

N. 1256613, кл. Н 01 L 21/66, 1985. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА

ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КРИСТАЛЛА (57) Изобретение относится к технологии. производства полупроводниковых приборов и может быть использовано для контроля концентрации дефектов, в частности вакансий. Цель изобретения — обеспечение возможности определения концентрации

Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых. приборов и может быть использовано для контроля концентрации дефектов, в частности вакансий.

Известен способ определения концентрации вакансий с использованием электронного парамагнитного резонанса. При этом к образцу прикладывают одноосное упругое напряжение в н аправлении <100>.

Данный способ требует очень сложного оборудования. Кроме того, данный метод практически не применим для многих материалов: для германия, арсенида галлия и других. Линии ЭПР в этих материалах являются очень широкими и их трудно обнаружить.

Наиболее близким к изобретению является способ определения качества полупровакансий. Кристалл нагревают с постоянной скоростью при одновременном облучении ультрафиолетовым светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электрона бездефектного кристалла, и измеряют интегральный ток экзоэлектронной эмиссии. Нагрев кристалла ведут до достижения температуры, соответствующей температуре второй точки перегиба кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от температуры. Затем поддерживают достигнутую температуру постоянной, а последующее облучение ведут светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электронов с вакансионных уровней. Регистрируют зависимость тока экзоэлектронной эмиссии от времени, по которой определяют концентрацию вакансий, 2 ил„1 табл. водникового кристалла путем его нагрева с постоянной скоростью при одновременном облучении ультрафиолетовым светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электрода. бездефектного кристалла, измерения интегрального тока экзоэлектронной эмиссии и определения количества дефектов.

Данный метод позволяет дифференцированно определять концентрацию точечных дефектов и дислокаций. Концентрацик вакансий можно оценить только приблизительно.

Цель изобретения — обеспечение возможности определения концентрации вакансий.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения качества полупроводникового кристалла путем его на1728901

20 грева с постоянной скоростью при одновременном облучении ультрафиолетовым светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электрона бездефектного кристалла, измеряют ток экзоэлектронной эмиссии для определения количества дефектов, а нагрев кристалла ведут до температуры, соответствующей температуре второй точки перегиба кривой зависимости тока экзоэлектрон ной эмиссии от температуры, затем поддерживают достигнутую температуру постоянной, а последующее облучение ведут светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электронов с вакансионных уровней, при этом о концентрации вакансий судят по площади под кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии при достигнутой температуре от времени, ограниченной осями координат и ординатой, соответствующей значению времени, при котором значение тока экзоэлектронной эмиссии становится постоянным.

Э кзоэлектрон ная- эмиссия полу п роводников происходит в две стадии: диссоциация комплексов, содержащих вакансии, и диффузия вакансий к поверхности. Ток фототермостимулированной эмиссии (I) прямо пропорционален концентрации образовавшихся вакансий в поверхностном слое. При температуре Т, соответствующей второй точке перегиба кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от температуры Т, 2 I вторая производная меняет знак, dT

Еще не оттоженные вакансии диффундируют к поверхности полупроводника и их вклад в ток экзоэлектрон ной эмиссии становится преимущественным. Вакансии захватывают за счет тепла электроны из валентной зоны, которые под действием квантов света с вакансионных уровней воз-, буждаются и эмиттируют в вакуум. При превышении температуры Тк электроны из валентной зоны переходят в зону проводимости, их становится больше, чем на уровнях вакансий, расположенных в запрещенной зоне, В этом случае ток из зоны проводимости, а не с уровней вакансий. B силу этого после достижения температуры Т ее поддерживают постоянной, и при этой температуре измеряют зависимость тока экзоэлектрон ной эмиссии от времени до тех пор, пока значение тока становится постоянным. Для того, чтобы отфильтровать вклад эмиссии электронов с глубоких локальных уровней разных дефектов (кроме вакансий), облучение ведут све25

55 том с энергией фотона, необходимой для эмиссии электронов с вакансионных уровней.

О концентрации вакансий судят по площади под кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от времени, ограниченной осями координат и ординатой, при которой значение тока становится постоянным.

На фиг. 1 представлена зависимость тока I экзоэлектронной эмиссии от температуры Т; на фиг, 2 — зависимость тока I экзоэлектронной эмиссии при Т от времени Т.

Способ осуществляется следующим образом.

Образцы полупроводниковых кристаллов линейно нагревают при одновременном облучении ультрафиолетовым светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электрона бездефектного кристалла. Измеряют интегральный ток экзоэктронной эмиссии, Регистрируют ток экзоэлектронной эмиссии при максимальной температуре отжига точечных дефектов, по которому определяют плотность дислокаций, а концентрацию точечных дефектов определяют по отношению интегрального тока к току при минимальной температуре отжига точечных дефектов, После достижения температуры Т, при которой на кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от температуры имеется второй

d I перегиб, изменяет знак.

dT

Затем облучение осуществляют светом с энергией фотона, равной энергии, необходимой для эмиссии электронов с вакансионных уровней, и измеряют зависимость тока экзоэлектронной эмиссии от времени до достижения постоянного значения тока (фиг. 2).

Концентрация вакансий определяется площадью под кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии при постоянной температуре Тк, ограниченной осями координат и ординатой, при которой значение тока становится постоянным.

Пример. Образец монокристаллического кремния в виде пластины толщиной

0,5 мм с вакансионными комплексами нагревают со скоростью 2,5 К в секунду, одновременно облучая его ультрафиолетовым светом с энергией фотона 4,5 эВ и регистрируя ток экзоэлектронной эмиссии. Нагревведут до достижения температуры точки перегиба кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от температуры (т. А, фиг.

1). Эта температура в этом случае составля1728901

Йа, концентрация .вакансионных комплексов

: -з

Опыт

Ток экзоэлектронной эмиссии бездефектного криСтаЛЛа !о, электрон/с

Отношение интегрального тока экзоэлектронной

Эмиссии к

Io, в электонКс

Плотность дислокаций

И, Доза облучения D, см

Nv, концентрация вакансий, см а электрон, площадь под кривой

1(r) 1,5 10

103

5,5 10

104

1 10

1017

10«

1017

1 0

1,016

1016 б 10

5 10

107

1(P

104

3 105

5 10

2 ° 10"5

1014

1015

106

35 ет 500 К. Затем нагрев образца прекращают и поддерживают температуру постоянной, регистрируют изменение тока экзоэлектронной эмиссии во времени (т). В момент

dl времени т1, когда достигается условие 1

= О, регистрацию экзоэлектронной эмиссии прекращают и определяют величину площади а под кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от времени т1 а= jl(s)dr о

По величине а оценивают концентрацию Nv вакансий, используют при этом градуировочную кривую, построенную по эталонным образцам.

Концентрацию А-центров (плотность точечных дефектов) оценивают с помощью величины

Т

Ь вЂ” f I(Т)dT, где !о — величина тока экзоэлектронной эмиссии бездефектного кристалла при Т =

=293 К.

Результаты экспериментов приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет комплексно определить качество полупроводникового кристалла.

5 3а один цикл измеряют дифференцированно как плотность точечных дефектов и дислокаций, так и концентрацию вакансий, Формула изобретения

Способ определения. качества полуп ро10 водникового кристалла путем его нагрева с постоянной скоростью при одновременном облучении ультрафиолетовым светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электрона бездефектно15 го криста лла, и измерении тока экзоэлектронной эмиссии, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения возможности определения концентрации вакансий, нагрев кристалла ведут до достижения

20 температуры, соответствующей второй точке перегиба кривой зависимости тока экзо.электронной эмиссии от температуры, затем при достигнутой-температуре последующее облучение проводят светом с энер25 гией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электронов с вакансионных уровней, регистрируют зависимость тока экзоэлектронной эмиссии от времени, по которой определяют концентрацию вакансий.

1728901

Фи@ 1

7f

Ф0г.2

Составитель О. Шведова

Редактор С. Патрушева Техред М.Моргентал Корректор Л. Патай

Заказ 1411 Тираж 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, ул.Гагарина, 101