Способ определения параметров полупроводниковых материалов

 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля геометрических и электрофизических параметров слоистонеоднородных материалов, в частности толщин и удельных сопротивлений эпитаксиальных полупроводниковых структур. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения удельных сопротивлений и толщин двуслойных пластин. Способ контроля заключается в измерении четырех значений мощности электромагнитных колебаний определенным образом выбранной частоты в волноводной или полосковой линии передачи при открытой излучающей щели в ограничивающей их металлической поверхности , закрытой эталонным материалом и последовательно обеими сторонами контролируемой структуры. Значения толщин слоев и их удельных сопротивлений вычисляют по расчетным соотношениям или по номограммам, полученным с помощью эталонов . у fc

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4836667/25 (22) 27,02.90 (46) 07,07.92. Бюл, % 25 (72) В.В.Сидорин, Ю,В.Сидорин, В.М.Iloриньш и Ю.К.Григулис (53) 621.382 (088.8) (56) Григулис Ю.К, Электромагнитный метод анализа слоистых полупроводниковых и металлических структур. — Рига: Зинатне, 1970, с. 272.

Авторское свидетельство СССР

М 1605870, кл. Н 01 1 21/66, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ IlAPAMETР0В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ MATEÐÈÀЛОВ (57) Изобретение относится к неразрушающим методам контроля геометрических и электрофизических параметров слоистонеИзобретение относится к методам неразрушающего контроля электрофизических и геометрических параметров полупроводниковых эпитаксиальных и диффузионных структур и предназначено для измерения удельных сопротивлений и толщины каждого из слоев двухслойного слоистонеоднородного материала.

Известен способ измерения параметров слоев слоистонеоднородных материалов по импедансу волноводной линии передачи, открытый конец которой шунтируется контролируемым материалом, Недостатком этого способа является невозможность независимого определения удельных сопротивлений и толщин слоистонеоднородных материалов по первичной

„„Ж„„1746337 А1 (я)5 6 01 R 31/28, Н 01 l 21/66 однородных материалов, в частности толщин и удельных сопротивлений эпитаксиальных полупроводниковых структур. Цель изобретения — обеспечение возможности измерения удельных сопротивлений и толщин двуслойных пластин. Способ контроля заключается в измерении четырех значений мощности электромагнитных колебаний определенным образом выбранной частоты в волноводной или полосковой линии передачи при открытой излучающей щели в ограничивающей их металлической поверх- . ности, закрытой эталонным материалом и последовательно обеими сторонами контролируемой структуры, Значения толщин слоев и их удельных сопротивлений вычис-.

1 ляют по расчетным соотношениям или по номограммам, полученным с помощью эталонов.

° еюй измерительной характеристике — импедан- 4 су. Это обусловлено особенностью многопа- фь, раметровых по своей сути измерений, Q заключающихся в необходимости априор- р ной информации о толщинах слоев при измерении их удельных сопротивлений и о удельных сопротивлениях при измерении толщин слоев, и не позволяющей вследствие этого осуществлять раздельное измерение как удельных сопротивлений, так и толщин каждого из слоев дв слойной пластины.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов по соотношению мощностей электромагнитных колебаний на входе и выходе линии

1746337 передачи, излучающая щель которой шунтируется контролируемым материалом, Недостатком этого способа также является невозможность определения удельных сопротивлений и толщин каждого из слоев двухслойных слоистонеоднородных пластин.

Цель изобретения — обеспечение возможности измерения толщин и удельных сопротивлений слоев двухслойных полупроводниковых пластин, На чертеже показаны микрополосковая линия с размещенной в области щели пластиной исследуемого полупроводника.

Пример. Измеряют параметры кремниевой эпитаксиальной структуры типа

5КЭФ 0,2

500 ЭКЭС 0,01

Устанавливают значение частот электромагнитных колебаний f = 1I0 ГГц, удовлетворяющее условию

Ян <1< Р2»

<Рп (41н <Рп (22н где р1н, р н, о1)4 и о2н оценочные значения удельных сопротивлений и толщин слоев пластины; pn — магнитная проницаемость материала, р114 = 0,01 Ом см; р2н = 0,2 Ом см;

pn = 4 X 10 Гн/м; 01н = 500 мкм; 0214

=5 мкм.

При отсутствии исследуемой пластины измеряют значение мощности на выходе излучателя Р = 53,5 мкВт и определяют величину = 0,073, как VP = —, где

ОО 0< Ро

P42 = 10 мВт — уровень мощности колебаний на входе излучателя. Закрывают щель излучателя эталонной пластиной кремния

КЭФ 7,5 с удельным сопротивлением р, =

=7,50 м см и толщиной бв = 3 мм, удовлетворяющей условию d3 >, измеряют рп мощность сигнала Рв на выходе датчика, равную 2,18 мВт и вычисляют значение параметра, как

VP = =0467

Закрывают щель излучателя подложкой исследуемой структуры. измеряют уровень

МОЩНОСТИ Рвых,1 СИГНаЛа На ВЫХОДЕ ДатЧИКа, равный 7,19 мВт, и вычисляют значение па вых раметра P„,„как р,„„, =

=0,848, ПОЗНаЧЕНИяМ iP . VPэ iPâûõ.1 СПОмощью выражения

Вычисляют по формулам

Р2 =Р.1

5 Ь вЂ” Ь -4ас, 2

2 dz—

2а а = Я р, (3(2 к- w 1/ — 4 -);

b = ((4 p — p1) (2 + ю ) - 4 р1 ));

Е Р с = (1)ч p1+ (p — р1) (2 + f,44П а

Р

35

40 р =р, Е (1 — ) (К.„,/p — 1) удельное сопротивление pz и толщину d2 эпитаксиального слоя, равные

45 pz = 0,21 Ом см ; dz = 6 мкм.

Предлагаемый способ превосходит известные методы, во-первых, по информативности — измеряются одновременно и независимо толщины и удельные сопротивления слоев структуры, а во-вторых. по экспрессности, что может позволить решить проблему автоматизированных контрольноизмерительных комплексов для применения в условиях производства.

Формула изобретения

Способ определения параметров полупроводниковых материалов,,включающий воздействие на контролируемый материал электромагнитным излучением с мощнор =s " - )(1 Р ) (P 5)x.1/Р 1)

t0 определяют величину удельного сопротивления подложки р1, равную 0,0103 Ом см, Переворачивают исследуемую пластину и закрывают щель излучателя эпитаксиальным слоем, измеряют мощность Рвых.z сигнала на выходе датчика при этом, равную

9,16 мВт, и вычисляют значение па амет а

Крк „Z = 0,957 как к/рак< а = р, „2/р

1746337

Ян Ян

Ж/4а Сбн ®pn 4н (Йн дан где р1н, р н, 01. и б2н — оценочные значения удельных сопротивлений и толщин слоев пластины, p> — магнитная проницаемость

4/А р

Составитель И. Петрович

Редактор Г. Гербер Техред М.Моргентал Корректор Л. Бескид

Заказ 2393 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 стью P через щель в проводящей поверхности, ограничивающей СВЧ-линию передачи, и измерение мощности на ее выходе, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения удельных сопротивлений и толщин слоев двухслойных пластин, частоту электромагнитного излучения устанавливают из соотношения материала, причем облучают контролируемую пластину. дважды — последовательно с двух сторон, измеряя значения мощности на выходе линии передачи Peblx.1 и РВых.2 соот5 ветствейно, и дополнительно воздействуют на эталонную пластину, выполненную из материала с известным значением удельного сопротивления р и толщиной d>. удов10 летворяющей условию d> >, измеряя рп при этом мощность +, на выходе линии передачи, а искомые значения удельных со-. противлений р1 и р2 и толщин слоев d1, 42

15 определяют расчетным путем.