Способ бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок
Использование: в технической физике и измерительной технике. Сущность изобретения: способ состоит в помещении образца в один из элементов высокочастотного (ВЧ) колебательного контура, измерении изменения добротности ВЧ контура, дополнительно параллельно катушке ВЧ колебательного контура подключают измерительный конденсатор , выполненный в виде двух проводящих обкладок, расположенных, в одной плоскости рядом друг с другом с небольшим зазором, настраивают контур в резонанс и измеряют его добротноть Q, помещают образец на обкладки измерительного конденсатора , настраивают контур в резонанс, измеряют его добротность с образцом и вычисляют удельное электросопротивление образца по формуле, учитывающей также тип полупроводникового материала, толщину пленки, параметра ВЧ контура и конструктивные параметры конденсатора. 3 ид. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4903333/21 (22) 21,01.91 (46) 23.08;93. Бюл. N. 31 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро при Заводе "Аналог" (72) А.Н,Ануфриев, А.А,Таранов, M.Н.Титов, А,С.Филимонов, Ю.А.Холос и Ч.С,Чурин (56) Авторское свидетельство СССР N. 1642410, Kn. G 01 R. 27/02, 1988. (54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ЗЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНОК (57) Использование: в технической физике и, измерительной технике. Сущность изобретения: способ состоит в помещении образца в один иэ элементов высокочастотного (ВЧ) колебательного контура, измерении измеИзобретение относится к области технической физики, в частности к электроизмерительной технике и может быть использовано для неразрушающего измерения (контроля) удельного электросопротивления полупроводниковых пленок. Цель изобретения — повышение точности измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе бесконтактного измерения удельного эпектросопротивления полупроводниковых пленок параллельно ВЧ контуру подключают измерительный конденсатор, выполненный в виде двух проводящих обкладок, расположенных в одной плоскости рядом друг с другом с небольшим зазором. контур с конденсатором настраивают в резонанс, измеряют величину до„„!Щ„„1835522 А1 нения добротности ВЧ контура, дополнительно параллельно катушке ВЧ колебательного контура подключают измерительный конденсатор, выполненный в виде двух прово. дящих обкладок, расположенных в одной плоскости рядомдругс другом с небольшим зазорам, настраивают контур в резонанс и . измеряют его добротноть О, помещают образец на обкладки измерительного конденсатора, настраивают контур в резонанс, измеряют его добротность с образцом и вычисляют удельное злектросопротивление образца по формуле, учитывающей также тип полупроводникового материала, толщину пленки, параметра ВЧ контура и конструктивные параметры конденсатора. 3 и,я. 1 табл. бротности контура, помещают на измери- а тельный конденсатор измеряемый образец, .настраивают контур в резонанс с помощью конденсатора. встроенного в измеритель э добротности, измеряют добротность и рас- Ор считывают удельное сопротивление образца по формуле, приведенной далее в тексте, Сущность способа заключается в том, что при- помещении полупроводниковой пленки на измерительный конденсатор происходит изменение его емкости и, как след- Ю ствие, емкости всего колебательного контуре. Иаменение емкости иамеритеаьно- )» го конденсатора компенсируется с помощью встроенного в измеритель добротности конденсамцм, при этом контур снова настраивается в резонанс, однако, его добротность будет ниже эа счет поглощения энергии ВЧ поля полупроводниковой пленкой. Чем 1835522 учим выражение для определения Р и/и пленки: * (40/Q)*п 1 — в*(да/а) WO (Gc+Gx+Gl) К= —; В=В Ь ! Яс dаiа *h*! в*(! а а) — 1 Г где Ь вЂ” ширина зазора между обкладками измерительного конденсатера, h — толщина пленки полупроводника, — длина линии пересечения и/и пленки с зазором измерительного конденсатора, Изменение емкости измерительного конденсатора будет определяться диэлектрическими свойствами и толщиной подложки, а потери — удельным электросопротивлением полупроводниковой пленки: Высокая плотность ВЧ поля в измерительном конденсаторе позволяет повысить чувствительность колебательного контура к вносимым потерям и повысить точность измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок. Полупроводниковая пленка, расположенная на обкладках измерительного конденсатора, представляет собой дополнительную обкладку, обладающую своим удельным сопротивлением, Существенными признаками данного способа являются. помещение измеряемой пленки на дополнительный измерительный конденсатор, выполненный в виде двух обкладок, расположенных в одной плоскости с небольшим зазором; измерение добротности колебательного контура с образцом„настроенного в резонанс; сравнение добротностей колебательных контуров с образцом и без, настроечных в резонанс; выбор частоты измерения в области максимальной чувствительности контура к вносимым в него образцом потерям (135-155 МГц). На фиг.1 показана конструкция иэмериельного конденсатора с ВЧ катушкой: 1— бкладки конденсатора, 2 — полупроводниовая пленка, 3 — ВЧ катушка. 4 — диэлектическая подложка: на фиг.2 — разрез змерительного блока; h — высота полупроодниковой пленки; — длина линии пересе20 Q— В +WO бх1 WO L Gx2 В *(В +WO L Gx2) 45 55 о где К - const. Выразим Gx через параметры проводящего участка КИС, расположенного йвд зазором измерительного конденсатора, и в подставим в предыдущую формулу и полменьше удельное электросопротивление полупроводниковой пленки, тем выше потери в контуре Й ниже его добротность, следовательно, измеряя изменение добротности контура, можно определять удельное электросопротивление полупроводниковых пленок. где WQ — резонансная частота контура, L— индуктивность катушки, Gc — проводимость конденсатора; Gl — проводимость катушки, Gx — проводимость эквивалентного резистора, отражающего величину потерь в конденсаторе. Преобразуем формулу; WO (Gc+Gl)+W0 Gx примем В = М/0*1 "(Vx + Gb = const). Изменение добротности при внесении 25 структуры КНС в измерительный конденсатор выразим формулой: dQ —. В +WO бхг где Gx2 — отражает величину утечки в кон35 денсатдре с KHC. а Gx1 — величину утечки в пустом конденсаторе. При малых собствен-, ных потерях Ох1 - О, тогда получим: dQ— 1 1 В+WO Gx2 В Учитывая, что добротность ВЧ-контура с измерительным конденсатором без КНС в процессе измерений остается постоянной, запишем: dQ !е 1 В + WO*VGх h * I К вЂ” В(ОО ГО р*.,ь (d а/а )*w о*!.. Получим итоговую формулу; 1835522 чения и/и пленки с зазором между обкладками конденсатора, Ь вЂ” ширина зазора; на фиг,3 — зависимость относительного изменения добротности от величины удельного злектросопротивления и/п пленок. Способ осуществляют следующим образом. Колебательный контур подключают параллельно к измерительному конденсатору, обкладки которого расположены в одной плоскости с небольшим зазором, С помощью переменного конденсатора, встроенного в измеритель добротности, настраивают колебательный контур в резонанс,в пределе частот 135-155 мГц и измеряют его добротность Q. Измеряемый (контролируемый) образец помещают на измерительный конденсатор, подстраивают контур с помощью встроенного в измеритель добротности конденсатора в резонанс, измеряют его добротность и определяют относительное изменение добротности (dQ/Q). Удельное сопротивление образца определяют по формуле (толщину образца h измеряют любым достаточным по точности способом): ссссс В*(da/а) — 1 с где К вЂ” коэффициент пропорциональности, зависящий от материала полупроводника (Ом); h — толщина полупроводниковой пленки (мкм); dQ/О - относительное изменение добротности контура при введении в него образца (отн. ед.), 1 — длина линии пересечения пlп пленки с зазором между обкладками измерительного конденсатора (см),  — коэффициент, зависящий от конструкции устройства и частоты измерения . В=2* xf *(С Ь, l где Ь вЂ” ширина зазора между обкладками конденсатора (мкм), f — частота измерения (Гц), L — индуктивность контура (Гн); С вЂ” резонансная емкость контура (пФ) на частоте f. В частности, для измерения удельного злектросопротивления пленок кремния на сапфире (КН С) при b = 700 мкм К - 6,58 а В =8,1. Пример. Проводилось сравнительное измерение параметров КНС по способу про5 25 рядом одна с другой с зазором, настраивают контур в резонанс и осуществляют измерение его добротности Q, помещая образец на обкладки измерительного конденсатора, 30 настраивают контур в резонанс, осуществр=К В=2# f L С Ь. 50 тотину и по заявляемому способу, результа ты приведены в таблице. Использование предлагаемого технического решения позволит повысить в электронной промышленности точность бесконтактных способов измерения удельного электросопротиеления полупроводниковых пленок за счет повышения чувствительности колебательного контура к вносимым полупроводниковой пленкой потерям. Формула изобретения Способ. бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводнйковых пленок, включающий помещение образца в один из элементов BV-колебательного контура, измерение изменения добротности ВЧ-контура, отл ича ющийся тем, что, с целью повышения точности измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок, подквючая параллельно катушке ВЧ-колебательного контура измерительный конденсатор, выполненный в виде двух проводящих обкладок, расположенных в одной плоскости ляют измерение его добротности с образцом, а удельное электросопротивление р образца вычисляют по формуле где К вЂ” коэффициент, зависящий от типа полупроводникового материала; h — толщина полупроводниковой пленки (образца): (Д Q/Q) — относительное изменение добротности контура при введении образца; I — длина линии пересечения образца с зазором между обкладками измерительного конденсатора;.  — коэффициент, зависящий от конструкции измерительного конденсатора и параметров BV-контура, причем коэффициент В определяют однократно для данной конструкции измерительной установки по формуле где F — частота; L —. индуктивность катушки контура; С вЂ” емкость измерительного конденсатора без образца; 1835522 Ь вЂ” расстояние между обкладками измерительного конденсатора, и в дальнейшем использурт без изменения. 1,см П ототип Заявляемый 4-х зон b, мкм h, мкм 2 0,6 Р,6 0,6 3,2 7,0 7,0 7,0 700 5,15 5,50 16,0 12,0 4.9 5,1 12 5,1 5,3 14 1835522 0,8 0,6 РО р, йчбч Составитель А.Ануфриев Техред М.Моргентэл Корректор М.Шароши Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ:2981 Тираж . Подписное ВНИИПИ. Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
