Способ бесконтактного контроля чистоты поверхности полупроводниковых пластин

 

Назначение: изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано в промышленных условиях в качестве экспресс-контроля и позволяет повысить качество контроля поверхности полупроводниковых пластин. Сущность изобретения: измеряют в темноте зондом Кельвина потенциал поверхности контролируемой пластины и образца сравнения . Повторяют измерения при освещении поверхностей инфракрасным излучением, .вызывающим предельный уровень фотоинжекции. Рассчитывают среднестатистические значения потенциала поверхности, плотности поверхностного заряда и плотности заряда области пространственного заряда. По их отклонению судят о чистоте контролируемой пластины. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 (21/66

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕ г-" У (21) 4923696! 25 (22) 01.04.91 (46) 15.02.93, Бюл, М 6 (71) Воронежский государственный университет им. Ленинского комсомола (72) В.В. Кр:.". о, В.В. Котов и В.А. Олейниченко (73) В.В. Крячко, В.В, Котов и В.А. Олейниченко (56) Батавин В,В, и др. Оптические методы исследования и контроля в электронной технике, Электронная промышленность, 1979, вып, 1-2 (73 — 74), с. 63 — 78.

Алешкин R.Ä. и др. Влияние подготовки поверхности .;."емния на качество термически выраще " х слоев двуокиси кремния, Электроннаг .:-.хнйка, сер. 2, Полупроводниковые приоры, 1975, вып. 10 (102), с, 112 — 117.

Мажулин А.В. Исследование возможности производственного контроля качества отмывки поверхности кремния методом

Кельвина. Электронная техника, Сер. 6, Материалы, 1981, вып. 1 (50), с, 30-31, Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для контроля состояния поверхности полупроводниковых пластин с естественным и нанесенным окислом методом измерения потенциала поверхности с помощью зонда Кельвина.

Известн бесконтактные методы контроля состоят; л поверхности полупроводниковых пла . ° н такие, как оптический контроль с:ощью микроскопов, интерферометров, телевизионных микроскопов, а также визуальный контроль. невооруженным глазом B косом свете и контроль в тем„„ Ы „„1 796079 А3 (54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ ЧИСТОТЫ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН (57) Назначение: изобретение относится к. электроизмерительной технике, может быть использовано в промышленных условиях в качестве экспресс-контроля и позволяет повысить качество контроля поверхности полупроводниковых пластин, Сущность изобретения; измеряют в темноте зондом Кельвина потенциал поверхности контролируемой пластины и образца сравнения. Повторяют измерения при освещении поверхностей инфракрасным излучением, вызывающим предельный усовень фотоинжекции, Рассчитывают среднестатистические значения потенциала поверхности, плотности поверхностного заряда и плотности заряда области пространственного заряда. По их отклонению судят о чистоте контролируемой пластины. ном поле микроскопа по количеству светящихся точек.

Наиболее близким является способ бес- 4 контактного контроля поверхности полу- ) проводниковых пластин по измерению Ос, напряжения компенсации на поверхности с помощью зонда Кельвина, основанный на том, что проводят измерение в темноте потенциала поверхности V<> путем сканирования поверхности зондом Келввине нв (» контролируемой поверхности и образце сравнения и определяют среднее значение измеренных величин Ч, Сравнивают вели- чину параметров Чкт для контролируемой пластины и образца сравнения и по степени

1796079 их совпадения сделают вывод о чистоте поверхности. Недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает высокого качества контроля. так как параметр Чкт не является однозначным и не полностью описы вает энергетическое состояния поверхности. Чкт показывает сумму поверхностей плотности заряда на окисле, который всегда имеется на чистой поверхности полупроводника и на границе окисел-полупроводник, но не дает представления о них в отдельности. Поэтому при одинаковых VKT, но разных потенциалах— разных изгибах зон у. на поверхности пластины может быть локализован разный по величине поверхностный заряд Qn и заряд области пространственного заряда Qsc, т.е. поверхности будут иметь различные энергетические состояния, Цель изобретения — повышение достоверности контроля. Укаэанная цельдостигается тем, что в способе бесконтактного контроля чистоты поверхности полупроводниковых пластин, включающем измерение в темноте потенциала поверхности путем сканирования поверхности зондом Кельвина на контролируемой пластине и образце сравнения, определение среднего значения измеренных величин и сравнение полученных результатов, дополнительно измеряют потенциал поверхности на контролируемой поверхности и образце сравнения при освещении их инфракрасным излучением, вызывающим предельный уровень фотоинжекции, рассчитывают среднестатистические значения плотности поверхностного заряда и плотности заряда области пространственного заряда для контролируемой пластины и образца сравнения, по отклонению которых судят о чистоте контролируемой пластины такие параметры как среднестатистические значения плотности поверхности заряда Qn и плотности заряда области пространственного заряда Овс учитывают потенциал, соответствующий изгибу зон на поверхности полупроводника, что позволяет контролировать величины плотности поверхностного заряда на окисле и плотности заряда в области пространственного заряда (ОПЗ), Способ бесконтактного контроля чистоты поверхности полупроводниковых пластин реализуется следующим образом.

Множество дискретных значений потенциала поверхности получают с помощью измерителя потенциала поверхности ИПП004 при сканировании платиновым зондом диаметром 500 мкм вдоль кремниевой пластины диаметром 100 мм с толщиной естественного окисла 50 А на расстоянии 30-50 мкм от поверхности без ее освещения и при

55 где Чкт — потенциал поверхности без ее освещения, p — объемный потенциал материала пластины, Ф м

0 q потенциал выхода материала зонда, Хп

= потенциал электронного сродства материала пластины, h — толщина диэлектрического слоя на поверхности пластинок.

Например, для платинового зонда над поверхностью Si р-типа проводимости с удельным сопротивлением р=12 Ом см, на поверхности которого имеется слой естественного окисла (=50 А), имеем следующие числовые значения величины:

P =1021м -З. h =5010 — 1О м.

© м(Рt) =53эВ, освещении. Длина траектории сканирования — 60 мм, скорость сканирования 1-5 мм/с. Проводились измерения на неосвещенной поверхности образца сравнения и

5 контролируемых пластин V<>i и такие измерения V«i при освещении этих же пластин инфракрасным светом от светоизлучающего диода АЛ107В, характеризующимся интенсивностью, при которой достигается пре10 дельный уровень фотоинжекции.

Расстояние от линзы светодиода до участка поверхности, над которым расположен измерительный зонд, составляло 3-4 мм, ток через светодиод 90 мА, при этом достигает15 ся предельный уровень фотоинжекции, В качестве образца сравнения выбиралась заведомо чистая пластина, т.е. такая, поверхность которой содержит такое количество и таких загрязнений, что они не оказывают

20 влияния на выход годных изделий и их дальнейшую работоспособность.

Измерение плотности поверхностного заряда Оп на поверхности диэлектрика (окисла).

25 По измеренным величинам V<>i, V«i находят множество значений p si и соответствующих им плотностей поверхностного заряда Опь

При предельном уровне фотоинжекции

30 осуществляется состояние с плоскими зонами на поверхности, при которой изгиб зон фв=Чкс — Чкт=0 (при сканировании пластины графики "темно" "светло" — совпадают), где

VKT — потенциал поверхности в темноте, V«

35 — тоже при освещении инфракрасным излучением Qni рассчитывается по формуле

Фм .Xп о

Q n =(Чкт+фв — — + — — ув)

q q.1т96079

Q sc = — 8qEoEs — 2qniLpl

S !ци Ps (Л(е — 1) +

E о = 8,85 10 "; Х п ($1) = 4.13 Эв; яц 38

p, = — - + — In k = 0,847 В

ЛЕ КТ в 2q q р = 12 Ои m; P = 10 5 см

Л = о =(15 10 ) =667 10

Ро и

Формула изобретения дополнительно измеряют потенциал поверхности на контролируемой поверхности и

Способ бесконтактного контроля чисто- образце сравнения при освещении их инфты поверхности полупроводниковых пла- ракрасным излучением, вызывающим престин, включающий измерение в темноте дельный уровень фотоинжекции, потенциала поверхности путем сканирова- рассчитывают среднестатистические значения поверхности зондом Кельвина на конт- ния плотности поверхностного заряда и ролируемой пластине и образце сравнения, плотности заряда области пространственопределение среднего значения измерен- ного заряда для контролируемой пластины ных величин и сравнение полученных ре- и образца сравнения, по отклонению котозультатов, отличающийся тем, что, с . рых судят.о чистоте контролируемой пластицелью повышения достоверности контроля, ны.

Составитель С.Погорельский

Редактор С.Кулакова Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор И.Шулла

Заказ 447 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

Тогда 0и-(1/к — 0,31) 673 10 3 pl ì

Отсюда следует, что поверхностный заряд с плотностью 0и-6,73 10 К/м приводит к изменению ЛЧктс на 0,1 В, причем onределяется только величинами 0и,fq. h, Значение потенциала, соответствующее изгибу зону на поверхности полупроводника p > для разных пластин может быть равно некоторой конечной величине (графики "темно" — "светло" не совпадают, р

-Чкт — кc7 0)

Измерение плотности заряда О>< в области пространственного заряда (на границе диэлектрик-полупроводник Д вЂ” П).

Нахождение пространственного распределения заряда ОПЗ полупроводника

Qsc=Qsc(x) основано на регистрации зависимости поверхностного потенциала от координаты р > = тр > (х ) вдоль поверхности.

Зависимость rp > = p > (х ) определяется в заданных точках поверхности полупроводника как разность между значениями потенциала в темноте Чкт=Чкт(х) и при освещении инфракрасным светом Vyc=Vgc(x) тт з = кт кс = ктс °

Измерив и получив дискретные значения р ы и перейдя к безразмерным поверхностным потенциалам Qs, по формуле

Гэррета-6раттэна рассчитывают величину заряда на границе Д вЂ” П

+Л 1(е Q — 1+Ч (Л вЂ” Л )) /6, Для полупроводниковой пластины с параметрами

Т =300 К; еq =12;Lp) = 2,375 10 м

Если ЬЧктс= 9 =0,1 В или

8 кт — 4, то .Q „= — 1,3 10 Из множества значений

11

0З находят 0 с. Согласно описанным методикам рассчитываются параметры контролируемой пластины и образца сравнения. Для

25 оценки чистоты исследуемой поверхности сравнивают аналогичные параметры и различие их служит мерой оценки степени загрязнения исследуемой поверхности и мерой отличия реальной поверхности от об30 разца сравнения, Требования к степени приближения параметров Q>, Qsc контролируемой пластины к значениям этих параметров для заведомо чистой пластины изменяются в зависимости от требований

35 технологии, В идеальном случае эти параметры должны совпадать.