Способ контроля полупроводниковых материалов

 

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий измерения основных параметров, отличающийся тем, что, с целью обнаружения дефектов, обусловленных отклонением от равновесных условий вьфащивания полупроводниковых материалов и упрощения способа, контролируемый материал после измерения параметров облучают легкими частицами с энергией 0,5-5 МэВ до изменения измеряемых параметров, затем проводят прогрев в течение 10-60 мин при температуре полного отжига контролируемого материала, после чего снова •измеряют основные параметры и производят сравнение с первоначальными измерениями.i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„671605

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2514623/18-25 (22) 01.08,77 (46) 23.09.85. Бюл. N - 35 (72) В.В.Болотов, А.В.Васильев и Л.С.Смирнов (71) Институт физики полупроводников СО АН СССР (53) 621.382.002(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 500509, кл. С 01 P 31/00, 1976.

Курносов А.И. Материалы для полупроводниковых приборов и интегральных схем. M. Высшая школа, 1975, с. 323. (54)(57) СПОСОБ KOHTPOJIH ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий изме(g1)y H 01 ? 21/66 Н 01 L 21/26 рения основных параметров, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обнаружения дефектов, обусловленных отклонением от равновесных усповий выращивания полупроводниковых материалов и упрощения способа, контролируемый материал после измерения параметров облучают легкимч частицами с энергией 0,5-5 МэВ до изменения измеряемых параметров, затем проводят пгогрев в течение 10-60 мин при температуре полного отжига контролируемого материала, после чего снова измеряют основные параметры и производят сравнение с первоначальными с

Ю измерениями.

1 671605

Изобретение бтносится к способам контроля полупроводниковых материа- н лов и может быть использовано в тех- с нологии изготовления. д

Известен способ контроля матерна- 5 с ла с целью отбора для использования и при создании диодов Ганна, заключаю- и щейся в измерении средней концентра- д ции и подвижности носителей тока, У а также измерении амплитуды низко- Ip н частотных токовых флуктуаций при г сильном электрическом поле. л

Указанный способ распространяет- Н ся прежде всего для полупроводнико- п вых материалов с ярко выраженными 15 х эффектом Ганна (например GeAs). в то у время, как для Si u Ge он не при- о меним. С другой стороны, позволяя в оценить мощность диода Ганна, который в будет изготовлен из данного матерна- 20 и ла, он не в коей мере не дает возмож- в иост,. прогнозировать устойчивость э его работы во времени и срок исправ- п ной работы. Таким образом необходи- л мы длительные сроки хранения в актив-25 н ном и пассивном состояниях с перио- н дическим измерением параметров, что т увеличивает стоимость прибора и не т всегда возможно.

Контроль качества полупроводнико- З0 о вых материалов имеет большое значе- т ние в производстве полупроводниковых д приборов, так как от совершенства исходного материала зависит в дальнейшем эффективная работа полупроводниковых приборов.

Известен способ контроля полупроводниковых материалов, включающий измерения основных параметров, таких ка." удельное сопротивление (p), времени жизни неравновесных носителей заряда плотности дислокаций, наличия внутренних напряжений. Этот способ позволяет выявить существующие дефекты в полупроводниковых материалах и производить их отбраковку.

Этот способ не лишен недостатков, так как не определяет стабильности 50 во времени этих характеристик при воздействии различных факторов при хранении и использовании полупроводниковых приборов. Этим способом нельзя выявить дефекты, обусловлен- 55 ные отклонением от равновесных условий выращивания полупроводниковых материалов.

Кристаллы, выращенные в условиях едостаточно медленного охлаждения, охраняют определенное количество ефектов (примесей), комплексов обственных дефектов с примесями других несовершенств структуры) их состояние в кристаллах (виды ефектных ассоциаций, положение в злах или междоузлиях и др.) отличое от равновесного, соответствующео температурам изготовления и эксп-. уатации полупроводниковых приборов. еравновесность материала может роявиться в условиях длительного ранения материалов и приборов, в словиях некоторых технологических пераций производства полупроводникоых приборов (нагревы при пайке выодов, герметизация и пр.), a также ри эксплуатации приборов, например, полях ионизующих излучений или в кстремальных режимах. Характерным роявлением неравновесности кристалов после выращивания будет постояное изменение параметров полупроводиковых приборов, изготовленных из акого материала, в процессе эксплуаации и хранения.

Трудность обнаружения дефектов, бусловленных неравновесностью крисалла, состоит в необходимости периоических измерений параметров матеиала и приборов (параметры приборов олжны измеряться как в пассивном, ак и в активном состоянии) в течение длительного времени.

Цель изобретения — обнаружение дефектов, обусловленных отклонением от равновесных условий выращивания полупроводниковых материалов и упро-! щение способа.

Цель достигается тем, что контролируемый материал после .измерения параметров облучают легкими частицами с энергией 0,5-5 МэВ до изменения измеряемых параметров, затем проводят прогрев в течение 10-60 мин при температуре полного отжига контролируемого материала, после чего снова из-. меряют основные параметры и производят сравнение с первоначальными измерениями.

Суть способа заключается в том, что облучение полупроводников, выращенных в условиях достаточно медленного охлаждения, создает комплексы дефектов, изменяющих характеристики кристаллов. Последующий нагрев

6716

Для контроля качества слитков полупроводниковых материалов проводятся следующие операции. Изготавливаются образцы из каждого слитка партии. После обработки поверхности (шлифовки, полировки, травления) на образцах измеряется какая-либо характеристика (время жизни неравновесных носителей заряда « концентрация основных. носителей заряда, и при температуре полного отжига разрушает дефектные ассоциации и кристалл восстанавливает свои свойства полностью. В этом случае величина измеряемой характеристики до облучения будет совпадать с ее величиной после облучения и отжига. Если дефектный состав (концетрации разного рода примесей в узлах и междоузельных положениях, соотношения между концентрациями дефектов и примесей в разных состояниях и дефектных ассоциациях) кристалла после выращивания отличается от равновесного для температур изготовления и 15 работы полупроводниковых приборов, то под действием облучения легкими частицами (электронами, --квантами и др.) с энергией 0,5-5 МэВ, кроме процессов дефектообразования I ти- 2п па, указанных выше (идущих в равновесных после выращивания кристаллов), имеют место процессы II типа: радиационно-стимулированные изменения концентраций и видов состояний при- 25 месей и дефектов (например, распады пересещенных растворов, изменение характера примесных атмосфер на дислокациях и др.), приближающие кристалл к равновесию. В этом случае прогрев в течение 10-60 мин при температура полного отжига возвращает к исходной величине изменения измеряемой характеристики, вызванные процессами I типа, в то время как

35 необратимые изменения измеряемой характеристики, обусловленные процессами II типа (приближением кристалла к равновесию), сохраняются.

В результате будут наблюдаться остаточные явления, невозвращение после прогрева измеряемой характерис- тики к исходной (до облучения) величине. Величина этого остаточного эффекта характеризует степень нерав- 45 новесности (дефектности) кристалла: чем она меньше, чем более пригоден . кристалл для изготовления приборов.

05 4 др.). Затем проводится облучение легкими частицами (электронами, г-квантами и др.) с. энергией 0,5

5 МэВ, и снова измеряется характеристика. Доза облучения выбирается таким образом, чтобы произошло значительное изменений измеряемой характеристики. Далее проводится прогрев в течение 10-60 мин при температуре полного отжига радиационных дефектов, характерной для данного материала (например, 300-350 С для Ge и 650 С+

+ 700 С для Si) и вновь измеряется р характеристика. Если измеренное после отжига значение характеристики близко к ее значению в исходном материале, то делается вывод о высоком совершенстве кристалла. Например, при измерениях ь получим по предлагаемому способу три величины: — время жизни в исходном материале, после облучения и после прогрева соответственно, из которых можно рассчитать параметр качества.

А = (" †à " )/(Т " — " " )

2 3

Если А ) 0,3-0,4, то делается вывод о низком качестве материала и о его непригодности для изготовления полупроводниковых приборов. Материал с

А (0,3 можно использовать для изготовления приборов. в

Пример 1. Из слитков германия и -типа, легированного сурьмой, 9 - 7 -10 Ом -см (ГЭС-10 и ГЭС-5), вырезают образцы.

После шлифовки, полировки и химического травления в травителе Н 0

z z с добавлением щелочи, на образцах измеряют величину 7„ (метод стационарной фотопроводимости и фотомагнитного эффекта) ° Затем образцы облу ают при Т рв =20 С дозой электРонов с энергией 3,5 МэВ, Ф = 2 10<е см 2 и вновь измеряют величину Т . Следующая операция - отжиг при температуре ЗООРС в течение 60 мин, вслед за которым следовало измерение величины . Все измерения времени жизЛ ни неравновесных носителей заряда Г проводят при комнатной температуре.

По формуле (1) рассчитывают величину А.

Из табл. 1 видно, что в бесдислокационном материале (ГЭС-5) восстановление р практически отсутствует, что свидетельствует о сильной неравновесности материала, 671605

Таблица

А Плотность дислокаций, см мкс

l2 ф МКС

Материал

"3

140

140

4,0

ГЭС-10

ГЭС-5

0 л10

120

6,0

7,0

25 (Таблица 2

Материал

Плотность дислокаций, см с, мкс

ГЭС-1

ГЭС-3

4,0

103

1,4

0,32

16,4

0,13

2,3

Редактор Л.Письман

Заказ 5965/3 Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Пример 2. Германий и-типа легированный сурьмой, р1- 3 Ом.см (ГЭС-1, ГЭС-3). Облучение при 20 С, доза электронов с энергией 3,5 МэВ, Д 2 ° f 0 " см, отжиг при 3о0 С в течение 10 мин.

Из табл. " видно, что материал ГЭС-1 является менее качественным, чем ГЭС-3, Применение предлагаемого изобретения в производстве полупроводниковых приборов позволит резко уменьшить брак, исключить потери времени на длительные испытания изготовленных приборов, а также улуч- . шить значения основных параметров полупроводниковых приборов.Все это мо10 .жет привестик снижениюсебестоимости продукции полупроводниковыхзаводов.

Составитель А.Тарасова

Техред М.Надь Корректор Л.Пилипенко