Способ определения профиля концентрациипримеси b полупроводниках

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ он689423 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 180777 (21) 2530757/18-25 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 0708.81, Бюллетень М 29

Дата опубликования описания 070881 (51) М. КЛ.3

G 01 R 31/26

Государственный коинтет

СССР яо делан изобретений н открытий (53) УДК 621.362 (088. 8) (72} Автор;. изобретения

Р.С. Нахмансон (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ПРИМЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ х=АС" (1) 1 и(х) dv

Изобретение относится к области контроля электрофизических параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано для определения профиля концентрации легирующих примесей в полупроводниковых слитках, пластинах, пленках, а также в различных полупроводниковых структурах и приборах {р-и переходы, МДП, структуры, диоды, фотодиоды, транзисторы и др.) .

Известен способ измерения профиля концентрации примесей в полупроводниках, основанный на связи емкости .обедненного слоя С (измеренной на малом сигнале) с расстоянием от металлического контакта или от более сильно легированной области р-n,ïåðåõîäà х и концентрацией примесИ N (х): где A и В - некоторые коэффициенты проПорциональности, à V- напряжение на образце. Способ .заключается в пропускании через образец постоянного по амплитуде тока высокой частоты f и измерении напряжения на ° этой частоте f и напряжения на частоте 2f, выделившихся на образце (1) .

Напряжение на частоте f на обраэ-1 це пропорционально С и,. следовательно, согласно (l), пропорционально расстоянию х. После усиления и детектирования это напряжение подается на. вход горизонтальной развертки регистратора (дьухкоординатного самописца или осциллографа). Напряжение на частоте 2f выделившееся на образце, пропорционально Й(С )/dV и, следовательно, согласно (2), пропорционально 1/N(x) . После усиления и детектирования оно может быть подано на вход вертикальной развертки регистратора. Если ввести в канал усиления 2f логарифмический усилитель, на вертикальный вход регистратора будет попадать сигнал, пропорциональный logN(x) . Для прохождения всех возможных значений координаты х к образцу дополнительно прикладывается медленно иэменяюшееся напряЗО жение смецения. При этом регистра3 689423 тор вычерчивает кривую 1/N(x) или

1одМ(х) как функцию х. Такие кривые иначе называются криными профиля концентрации примесей в полупроводнике.

Данный способ имеет недостаток, заключающийся в необходимости непосредственного электрического контакта к структурам типа р-п переходов, барьеров Шоттки и металл-диэлектрикполупроводник (МДП).

Известен способ контроля электрофиэических характеристик полупроводниковых материалов, заключающийся в подаче на образец полупроводника напряжения смещения, освещении его модулированным световым потоком и регистрации переменной конденсаторной ЭДС (2).

Известный способ позволяет избавиться от непосредственного электрического контакта с полупроводниковым образцом.

Однако получение надежной информации в профиле концентрации примеси н полупроводнике с его помощью затруднительно.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что образец полупроводника одновременно освещают двумя потоками с частотами f и f< и регистрируют пе1 ременное напряжение на комбинационных частотах:.

Р4 f + 4 и F9 f4 f2

Физическое обоснование описйнаемого способа состоит в следующем.

При освещении в полупроводнике генерируются свободные электронно-дырочные пары. В области пространственного заряда они разделяются и изменяют падающее на нем напряжение.

Это изменение напряжения и называется фото-ЭДС.V В случае, когда модуляция света идет на достаточно высокой частоте (практически — более 100 кГц), переменная составляющая генерируемого светом заряда Я не успевает рекомбиниронать и идет на = àðëäêó емкости области пространственного заряда С. Между Q u V имеет место дифференциальное соотношение

1О

25

35

45

50 йЧ = С йЯ (3)

Величина С нелинейна и, в свою очередь, зависит от Q. Ограничиваясь двумя членами разложения н ряд, имеем

gg- (q)=С (g=o)+ (4) d(Q

Ч=С Q+

2 dQ

Подстанляя (4) и (3) и интегрируя, получаем 6Î или, используя (3), Если величина Q является гармонической функцией времени

Q ° sinut, и) = 2Kf, то из (б) следует, что перная гармоника фото-ЭДС пропорциональна C, 1 т. е., согласно (1), пропорциональна координате х, а вторая гармоника фото-ЭдС пропорциональна d(С )/dN, т.е., согласно (2), пропорциональна

1/N(x). Если величина Q является суммой двух гармонических величин

@=Я р и о, Ы =2ВС, то обе первые гармоники фото-ЭДС пропорциональны х, а обе вторые гармоники фото-ЭДС, а также сигналы фото ЭДС на комбинационных часто.тах f + f и f„ — f пропорциональны 1/N(х).

В принципе для измерений достаточно использовать один световой поток, модулируемый с частотой f /f„ f /, для более точных измерений концентрации N(х) предпочтительнее использовать два световых потока с разными частотами модуляции f„ и f и вести измерения сигнала 1/N(x) на одной иэ комбинационных частот. Причина этого состоит в том, что при существующих способах модуляции световые потоки, как правило, не являются промодулированными строго гармони-. чески, а уже содержат высшие гармоники, в частности, вторую гармонику, которая будет создавать параэитный сигнал и вносить погрешность в измерения. С другой стороны, при наличии хороших (в смысле гармоничности) модуляторов света и пониженных требованиях к точности измерений частный случай предлагаемого способа, использующий только одну частоту модуляции, может оказаться даже предпочтительней ввиду своей простоты.

Преимуществом предлагаемого способа является его малая чувствительность к последовательным сопротивлениям в образце и контактах, а также к паразитным емкостям монтажа, контактов и нходов усилителей, поскольку в цепи источника фото-ЭДС все они включены последовательно с емкостью внешний электрод-образец.

Величина последней много меньше емкости пространственного заряда и не зависит от напряжения.

Способ может быть реализован с помощью устройства, иэображенного на чертеже. Внешний полупрозрачный электрод 1 нанесен на торец стеклянного снетовода 2 и подведен к образцу 3. Между образцом 3 и электродом 1 оставлен зазор в несколько микрон. Величину этого зазора можно контролировать, например, измеряя

689423

Формула изобретения

Составитель Т. Дозоров

Редактор Е. Абрамова Техред M. Голинка Корректор B. Бутяга

Заказ 5874/47

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 емкость между электродом и образцом с помощью отдельной схемы. Через световод 2 и электрод 1 образец освещается светом, испускаемым двумя светодиодами 4 и 5, питаемыми соответственно от генераторов с частотами f u f (например, f = 200 кГц и f< — — 300 кГц). Сигналы фото-ЭДС с электрода 1 поступают на усилители.

Сигнал частоты Й, пропорциональный координате х, после усиления и детектирования поступает на х-вход регистра(осциллографа или самописца), сигнал частоты f + f =500 кГц, пропор1 циональный обратной концентрации

1/N(x), после усиления и детектирования поступает на у-вход регистратора °

Электрод 1 по низкой частоте заземлен через входные резисторы усилителей, а на образец относительно земли подается низкочастотное напряжение (10-100 Гц, амплитудой 50500 В) от генератора смещения, которое изменяет ширину области пространственного заряда х в допустимых пределах (последние зависят от величины N(x) и могут лежать в диапазоне

О, 1-100 мкм) .

Таким образом, на экране регистратора получается кривая профиля концентрации примесей в полупроводниковом образце 3.

Результаты измерений могут быть переданы дальше на какое-либо исполнительное устройство, осуществляющее, например, разработку образцов.

Использование способа позволит исключить нарушение и загрязнение образцов, увеличить точность измерений, упростить процесс измерений и распространить его на отдельные стадии технологического процесса производства полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Способ определения профиля концентрации примеси в полупроводниках, 15 заключающийся в подаче на образец полупроводника напряжения смещения, освещении его модулированным световым потоком и регистрации переменного напряжения конденсаторной ЭДС, ро отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, образец полупроводника одновременно освещают двумя потоками с частотами и f< и регистрируют переменное напряжение с комбинационными частотами

Г1 f4 + fАи Fg. f4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3518545, кл, 324-158, 30.06.70.

2. Авторское свидетельство СССР

9442398, кл. G 01 R 31/26, 05.09.74.