DE1214792B

DE1214792B - Method for measuring the specific resistance of a semiconductor layer applied to a semiconductor body with a low specific resistance, as well as an arrangement for carrying out the method

Info

Publication number: DE1214792B
Application number: DET22794A
Authority: DE
Inventors: James Robert Biard; Stacy Bennet Watelski
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1961-10-02
Filing date: 1962-09-28
Publication date: 1966-04-21
Also published as: MY6900250A; GB1014829A; FR1447909A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

HOIlHOIl

Deutsche KL: 21g-11/02German KL: 21g-11/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

T 22794 VIII c/21 g
28. September 1962
21. April 1966T 22794 VIII c / 21 g
September 28, 1962
April 21, 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des spezifischen Widerstandes einer auf einen Halbleiterkörper geringen spezifischen Widerstands aufgebrachten Halbleiterschicht.The invention relates to a method for measuring the resistivity one on one Semiconductor body of low specific resistance applied semiconductor layer.

Auf dem Gebiet der Halbleitertechnik besteht häufig das Problem, die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die Störstoffkonzentration von dünnen Halbleiterschichten, zu messen. Die Störstoffkonzentration kann durch Messung des spezifischen Widerstands ermittelt werden. Zur Messung des spezifischen Widerstands dünner Schichten ist die Vierpunktsondenmethode bekannt, bei welcher an vier Punkten auf die dünne Schicht Sonden aufgesetzt werden, zwischen denen die Spannungsabfälle auf Grund eines in der Schichtebene fließenden Stroms gemessen werden. Diese Vierpunktsondenmethode versagt aber, wenn die Schicht auf einen Trägerkörper mit sehr geringem spezifischem Widerstand aufgebracht ist, weil dann der Trägerkörper die Schicht zwischen den Sonden praktisch kurzschließt. Diese Voraussetzungen bestehen oft bei der Herstellung von Transistoren, Dioden und anderen Halbleiterbauelementen, bei der oft sehr dünne Halbleiterschichten auf einem Halbleiterkörper des gleichen Leitungstyps und mit ■ wesentlich kleinerem spezifischem Widerstand gebildet werden müssen.In the field of semiconductor technology there is often the problem of the electrical properties, in particular to measure the concentration of impurities in thin semiconductor layers. The concentration of contaminants can be determined by measuring the specific resistance. To measure the specific The resistance of thin layers is known as the four-point probe method, in which at four points on the thin layer probes are placed, between which the voltage drops due to a the current flowing in the layer plane can be measured. However, this four-point probe method fails, when the layer is applied to a carrier body with a very low specific resistance, because then the carrier body practically short-circuits the layer between the probes. These requirements often exist in the manufacture of transistors, diodes and other semiconductor components, in which often very thin semiconductor layers on a semiconductor body of the same conductivity type and with ■ Much smaller specific resistance must be formed.

Andere bekannte Verfahren erfordern eine genaue Kenntnis des geometrischen Aufbaues des Meßobjekts; auch diese Bedingung ist bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen oft nicht zu erfüllen.Other known methods require precise knowledge of the geometric structure of the measurement object; this condition, too, often cannot be met in the manufacture of semiconductor components.

Das Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens, mit welchem der spezifische Widerstand einer Halbleiterschicht gemessen werden kann, die auf einen Halbleiterkörper geringen spezifischen Widerstands aufgebracht ist, ohne daß die genaue Kenntnis des geometrischen Aufbaues der Halbleiterschicht oder des Halbleiterkörpers erforderlich ist.The aim of the invention is therefore to create a method with which the specific resistance a semiconductor layer can be measured, which is low specific on a semiconductor body Resistance is applied without the exact knowledge of the geometric structure of the semiconductor layer or the semiconductor body is required.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Widerstand des Halbleiterkörpers mit der Schicht mit Hilfe einer Impedanzmeßbrücke zunächst bei einer ersten Temperatur bestimmt wird und daß anschließend die Temperatur des Meßobjekts so weit geändert wird, bis sich die Brücke bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Temperatur wieder im Abgleich befindet, und daß dann aus der gemessenen Temperaturdifferenz, die für ein bestimmtes Halbleitermaterial nur von dessen Störstellenkonzentration abhängt, auf Grand eines Vergleichs mit Proben bekannten Widerstands der spezifische Widerstand bestimmt wird.According to the invention this is achieved in that the resistance of the semiconductor body with the Layer is initially determined at a first temperature with the aid of an impedance measuring bridge and that then the temperature of the object to be measured is changed until the bridge closes at a second, from the first different temperature is again in the balance, and that from the measured Temperature difference that for a certain semiconductor material only depends on its concentration of impurities depends, on Grand of a comparison with samples known resistance, the specific resistance is determined.

Das Verfahren nach der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich der spezifische Widerstand von Verfahren zur Messung des spezifischen
Widerstands einer auf einen Halbleiterkörper
geringen spezifischen Widerstands aufgebrachten Halbleiterschicht sowie Anordnung zur
Durchführung des VerfahrensThe method according to the invention is based on the knowledge that the specific resistance of methods for measuring the specific
Resistance one on a semiconductor body
low specific resistance applied semiconductor layer and arrangement for
Implementation of the procedure

Anmelder:Applicant:

Texas Instruments Incorporated, Dallas, Tex.
(V. St. A.)Texas Instruments Incorporated, Dallas, Tex.
(V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsberger Str. 19Dipl.-Ing. E. Prince, Dr. rer. nat. G. Hauser
and Dipl.-Ing. G. Leiser, patent attorneys,
Munich-Pasing, Ernsberger Str. 19

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

James Robert Biard, Richardson, Tex.;James Robert Biard, Richardson, Tex .;

Stacy Bennet Watelski, Dallas, Tex. (V. St. A.)Stacy Bennet Watelski, Dallas, Tex. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 2. Oktober 1961
(142336)Claimed priority:
V. St. v. America October 2, 1961
(142336)

Halbleitermaterial und damit auch der Gesamtwiderstand einer Halbleiterschicht in Abhängigkeit von der Temperatur nach einer Kurve ändert, die durch ein Maximum geht, so daß jeweils bei zwei verschiedenen Temperaturen zu beiden Seiten der dem Maximum entsprechenden Temperatur, der gleiche spezifische Widerstand besteht. Diese Kurven sind für verschiedene Halbleiterstoffe und verschiedene Störstoffkonzentrationen jeweils verschieden.Semiconductor material and thus also the total resistance of a semiconductor layer as a function of the Temperature changes according to a curve which goes through a maximum, so that in each case at two different Temperatures on both sides of the temperature corresponding to the maximum, the same specific There is resistance. These curves are for different semiconductor substances and different contaminant concentrations each different.

Wenn man den Brückenabgleich stets bei einer festgelegten ersten Temperatur herstellt, so ist die zweite Temperatur, bei welcher wieder der Brückenabgleich erhalten wird, jeweils nur von dem Halbleitermaterial der Schicht und dessen Störstoffkonzentration abhängig. Es genügt daher, mit bekannten Vergleichsproben einmal die verschiedenen zweiten Temperaturen für verschiedene Störstoffkonzentrationen zu messen; man erhält daraus eine Tabelle oder ein Diagramm, woraus nach jeder Messung unmittelbar die Störstoffkonzentration oder der spezifische Widerstand der Halbleiterschicht entnommen werden kann, völlig unabhängig von der Form und den Abmessungen der Halbleiterkörper.If the bridge adjustment is always made at a fixed first temperature, then this is second temperature, at which the bridge adjustment is obtained again, in each case only from the semiconductor material the layer and its concentration of contaminants. It is therefore sufficient to use familiar ones Comparative samples once the different second temperatures for different concentrations of contaminants to eat; a table or diagram is obtained from this, from which immediately after each measurement the concentration of impurities or the specific resistance of the semiconductor layer is taken can be completely independent of the shape and dimensions of the semiconductor body.

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Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer an die Impedanz des zu messenden Halbleiters angepaßten Impedanzmeßbrücke und Einrichtungen zum Abgleichen der Brücke enthält nach der Erfindung eine Einrichtung zum Einstellen von verschiedenen Temperaturen des Meßobjekts.An arrangement for performing the method according to the invention with a to the impedance of the to be measured semiconductor adapted impedance measuring bridge and devices for balancing the Bridge contains according to the invention a device for setting different temperatures of the Measurement object.

Vorzugsweise enthält diese Anordnung eine Einrichtung zur Anzeige des spezifischen Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur des Meßobjekts beim zweiten Abgleich der Impedanzmeßbrücke.This arrangement preferably contains a device for displaying the specific resistance in Dependence on the temperature of the device under test during the second adjustment of the impedance measuring bridge.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigtThe invention is explained by way of example with reference to the drawing. In it shows

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines dünnen Halbleiterfilms, der auf einem Körper mit geringem spezifischem Widerstand angebracht ist, sowie der zugehörigen elektrischen Anschlüsse,Fig. 1 is a schematic view of a thin Semiconductor film mounted on a body with low resistivity, as well as the associated electrical connections,

F i g. 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Anordnung nach F i g. 1,F i g. 2 shows an electrical equivalent circuit diagram of the arrangement according to FIG. 1,

F i g. 3 ein anderes elektrisches Ersatzschaltbild der Anordnung von Fig. 1,F i g. 3 shows another electrical equivalent circuit diagram of the arrangement of FIG. 1,

F i g. 4 eine graphische Darstellung des spezifischen Widerstands als Funktion der Temperatur für p-Germanium mit verschiedenen StörstofEkonzentrationen,F i g. 4 is a graph of the specific Resistance as a function of temperature for p-germanium with different concentrations of impurities,

Fig.5 ein Blockschema der erfindungsgemäßen Meßanordnung,5 shows a block diagram of the measuring arrangement according to the invention,

Fi g. 6 ein Diagramm zur Eichung der Anordnung von Fig. 5,Fi g. 6 is a diagram for calibrating the arrangement of Fig. 5,

F i g. 7 ein elektrisches Schaltbild einer vereinfachten Impedanzbrücke,F i g. 7 an electrical circuit diagram of a simplified impedance bridge,

F i g. 8 eine andere Anordnung eines dünnen HaIbleiterfilms, der auf einem Körper mit geringem spezifischem Widerstand angebracht ist, sowie der zugehörigen elektrischen Anschlüsse undF i g. 8 shows another arrangement of a thin semiconductor film, which is attached to a body with low specific resistance, as well as the associated electrical connections and

F i g. 9 eine Schnittansicht eines dünnen Halbleiterfilms, der auf einem Körper mit geringem spezifischem Widerstand angebracht ist, wobei ein Teil des Films in einem sehr spitzen Winkel schräg angeschliffen ist.F i g. 9 is a sectional view of a thin semiconductor film; which is mounted on a body with low resistivity, with part of the Film is beveled at a very acute angle.

Die F i g. 1 zeigt eine (nicht unbedingt maßstabsgerechte) Ansicht eines sehr dünnen, einkristallinen Halbleiterfilms 2, der auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers 4 von sehr geringem spezifischem Widerstand und dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Film aufgetragen oder gewachsen ist. Bei der Herstellung von Transistoren ist der Film 2 gewöhnlich sehr dünn, in der Größenordnung von einigen Mikron, während der Halbleiterkörper 4 normalerweise im Vergleich dazu sehr dick ist, beispielsweise in der Größenordnung von einigen Hundertstelmillimetern. Ferner ist es erwünscht, daß der Halbleiterkörper 4 einen außerordentlich niedrigen spezifischen Widerstand hat (beispielsweise etwa 0,002 Ohm · cm für p-Germanium), so daß dadurch mit dem Transistorsystem kein merklicher Widerstand in Reihe liegt. Dagegen ist der spezifische Widerstand des dünnen Films 2 üblicherweise in der Größenordnung von mehreren Zehntem Ohm · cm oder höher und beträgt in einigen Fällen sogar mehrere Ohm · cm.The F i g. 1 shows a view (not necessarily to scale) of a very thin, single-crystal semiconductor film 2 which is applied or grown on the surface of a semiconductor body 4 of very low resistivity and the same conductivity type as the film. In the manufacture of transistors, the film 2 is usually very thin, on the order of a few microns, while the semiconductor body 4 is usually very thick in comparison, for example on the order of a few hundredths of a millimeter. Furthermore, it is desirable that the semiconductor body 4 have an extremely low specific resistance (for example about 0.002 ohm · cm for p-germanium), so that as a result there is no noticeable resistance in series with the transistor system. On the other hand, the resistivity of the thin film 2 is usually on the order of several tens of ohm · cm or higher, and in some cases is even several ohm · cm.

Nachdem der Film auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 4 gebildet oder gewachsen ist, ist es erwünscht, den spezifischen elektrischen Widerstand des Films zu kennen, der wiederum ein Maß für die in dem Film vorhandene Störstoffkonzentration ist. Solche Messungen sind beim Entwurf und der Herstellung von Transistoren sehr nützlich, weil es dadurch möglich ist, das Aufbringen des Films zuverlässig so durchzuführen, daß die gewünschten Widerstandswerte erhalten werden. Die herkömmlichen Verfahren zur Messung des spezifischen Widerstands von Filmen sind jedoch für diesen Fall ungeeignet. Wenn beispielsweise eine Vierpunktsondenmethode angewendet wird, schließt der niederohmige Körper 4 den Widerstand kurz, welchen der Film 2 normalerweise zeigen würde. Dies ist aus dem schematischen Schaltbild von Fig. 2 erkennbar, da die Vierpunktsondenmethode mit dem Strom arbeitet, welcher inAfter the film is formed or grown on the surface of the semiconductor body 4, it is desirable to To know the specific electrical resistance of the film, which in turn is a measure of the is the concentration of contaminants present in the film. Such measurements are during design and manufacture of transistors very useful because it allows the application of the film to be reliable to be carried out so that the desired resistance values are obtained. The conventional However, methods of measuring the resistivity of films are unsuitable for this case. For example, if a four point probe method is used, the low resistance body 4 closes briefly the resistance that film 2 would normally show. This is from the schematic The circuit diagram of FIG. 2 can be seen because the four-point probe method works with the current, which in

ίο seitlicher Richtung durch den Film !hindurchgeht, sowie mit dem in dieser Richtung auftretenden entsprechenden Spannungsabfall. Wegen der Kurzschlußwirkung des Widerstands 4' des Halbleiterkörpers 4, der parallel zu dem Widerstand 2' des Films 2 liegt, kann mit der Vierpunktsonde kein merklicher Spannungswert in der Querrichtung des Films festgestellt werden. Wenn der Strom dagegen in der Richtung der Dicke durch den Film 2 und durch den Halbleiterkörper 4 hindurchgeht, trägt der Widerstand 4" des Halbleiterkörpers in dieser Kombination nur sehr wenig ibei, während fast der gesamte Widerstand der Kombination durch den Widerstand 2' des Halbleiterfilms hervorgerufen wird. Dies ist aus dem schematischen Schaltbild von Fig. 3 erkennbar, und diese Tatsache wird bei der Erfindung ausgenutzt, wie nachstehend erläutert wird.ίο sideways through the film! as well as with the corresponding voltage drop occurring in this direction. Because of the short circuit effect of the resistor 4 'of the semiconductor body 4, which is parallel to the resistor 2' of the film 2 no appreciable value of tension in the transverse direction of the film can be detected with the four-point probe will. If, on the other hand, the current flows in the direction of thickness through the film 2 and through the Semiconductor body 4 passes through, the resistor 4 ″ of the semiconductor body carries in this combination very little ibei, while almost all of the resistance of the combination is due to the resistance 2 'des Semiconductor film is caused. This can be seen from the schematic circuit diagram of FIG. 3, and this fact is exploited in the invention, as will be explained below.

Die F i g. 4 zeigt ein Diagramm des spezifischen Widerstands (Ordinate) als Funktion der Temperatur (Abszisse) für p-Germanium mit verschiedenen Stör-Stoffkonzentrationen. Die mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnete Kurve gilt für p-Germanium mit etwa 2 · 10^ια p-Störstellen je Kubikzentimeter, wobei der spezifische Widerstand ein Maximum 23 von etwa 0,37 Ohm · cm bei etwa 157° C erreicht. Wenn ein Bezugspunkt 22 gewählt wird, der beispielsweise bei Raumtemperatur (27° C) liegt, beträgt der entsprechende spezifische Widerstand etwa 0,195 Ohm · cm. Bei einer Erhöhung der Temperatur des Halbleiterkörpers steigt der spezifische Widerstand zunächst an, aber er kehrt bei etwa 214° C zu dem Wert des Bezugspunktes zurück, wie durch das Bezugszeichen 24 angedeutet ist. Für höhere Störstoffkonzentrationen tritt das Maximum des spezifischen Widerstands bei höheren Temperaturen auf, wie durch die Kurve 30 für Germanium mit etwa 10¹⁹ Störstellen je Kubiszentimeter dargestellt ist. Außerdem nimmt die prozentuale Änderung des spezifischen Widerstands als Funktion der Temperatur ab, wenn die Störstoffkonzentration erhöht wird. Ähnliche Kurven können für η-Germanium, p-Silizium, η-Silizium und andere Halbleiter erhalten werden.The F i g. 4 shows a diagram of the specific resistance (ordinate) as a function of the temperature (abscissa) for p-germanium with different concentrations of interfering substances. The curve denoted by the reference numeral 20 applies to p-germanium with approximately 2 · 10 ^ια p-impurities per cubic centimeter, the specific resistance reaching a maximum 23 of approximately 0.37 ohm · cm at approximately 157 ° C. If a reference point 22 is chosen which is, for example, at room temperature (27 ° C.), the corresponding specific resistance is about 0.195 ohm · cm. When the temperature of the semiconductor body increases, the specific resistance initially rises, but it returns to the value of the reference point at approximately 214 ° C., as indicated by the reference number 24. For higher concentrations of impurities, the maximum specific resistance occurs at higher temperatures, as is shown by curve 30 for germanium with about 10 ¹⁹ impurities per cubic centimeter. In addition, the percentage change in resistivity as a function of temperature decreases as the concentration of impurities is increased. Similar curves can be obtained for η-germanium, p-silicon, η-silicon and other semiconductors.

Bei der Erfindung wird die Erscheinung ausgenutzt, daß der spezifische Widerstand von Halbleitern' bei einer bestimmten Temperatur einen Höchstwert erreicht, wobei das Maximum des spezifischen Widerstands und die Temperatur, bei welcher das Maximum auftritt, von dem Halbleitermaterial, dem Störstoff und der Störstoffkonzentration abhängen. Die zu messende Halbleiterprobe wird elektrisch in einen Zweig einer Impedanzbrücke eingeschaltet, und die Brücke wird abgeglichen, während die Temperatur des Halbleiters auf einer Bezugstemperatur gehalten wird, die unter der Temperatur liegt, bei welcher der maximale spezifische Widerstand auftritt. Dann wird die Probe auf eine Temperatur erhitzt, die um so viel größer als die Temperatur des maximalen spezifischen Widerstands ist, daß die Brücke wieder abgeglichen ist. Wie nachstehend noch beschrieben wird, könnenThe invention makes use of the phenomenon that the specific resistance of semiconductors' reaches a maximum value at a certain temperature, being the maximum of the resistivity and the temperature at which the maximum occurs of the semiconductor material, the impurity and the concentration of contaminants. The semiconductor sample to be measured is electrically converted into a Branch of an impedance bridge is switched on, and the bridge is balanced while the temperature of the semiconductor is maintained at a reference temperature which is below the temperature at which the maximum resistivity occurs. Then the sample is heated to a temperature that is around that much is greater than the temperature of the maximum resistivity that the bridge is balanced again is. As will be described below,

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der spezifische Widerstand und die Störstoffkonzen- Zuleitungen aus Metall oder einer Metallegierung antration der unbekannten Probe aus diesem. Verfahren gebracht, und das Plättchen wird über diese Zuleides Abgleichens und Wiederabgleichens bestimmt tungen in einen Zweig der Wechselstrombrücke 44 werden. eingeschaltet (die von den Zuleitungen gebildetenthe specific resistance and the Störstoffkonzen- supply lines made of metal or a metal alloy antration the unknown sample from this. Proceedings brought, and the platelet is hurt by this Balancing and rebalancing determines lines in a branch of the AC bridge 44 will. switched on (those formed by the leads

Da die Funktion der verwendeten Meßanordnung 5 ohmschen Anschlüsse müssen so erfolgen, daß ein im wesentlichen eine Impedanzmessung ist und da fester ohmscher Anschluß an dem Plättchen auch ferner die dadurch erhaltene Information in be- noch bei der höchsten Temperatur besteht, welcher stimmte Werte des spezifischen Widerstands _oumge- das Plättchen während des Meßvorganges ausgesetzt setzt werden muß, muß ein eindeutiger Zusammen- ist). Eine (nicht dargestellte) geeignete Energiequelle hang zwischen dem absoluten Widerstand des Films io liefert dem Metallstreifen 52 die Energie zum Erwär- und dem spezifischen Widerstand bestehen. Aus men des Plättchens. Die Energiezufuhr wird so ein-Zweckmäöigkeitsgründen werden daher bei der zuerst gestellt, daß das Temperaturüberwachungsgerät 42 beschriebenen Ausführungsform der Erfindung nur auf der Skala 56 die richtige Bezugstemperatur anHalbleiter mit gleichförmiger Störstoffkonzentration zeigt, für welche der spezifische Widerstand des Halbin Betracht gezogen; bei den anderen Ausführungs- 15 leiterplättchens bekannt ist, biespielsweise Raumformen besteht diese Einschränkung nicht. In der temperatur. Wenn dies erreicht ist, wird die Wechseleinfachsten Form dienen das Verfahren und die An- strombrücke abgeglichen. Der Abgleichzustand der Ordnung nach der Erfindung nur zur Messung von Wechselstrombrücke 44 wird durch den Oszillo-Filmen, die eine gleichförmige Störstoffkonzentration graphen 46 in folgender Weise angezeigt: Die Ein- und somit auch einen gleichförmigen spezifischen ao gangsklemmen für die Vertikalablenkung des Oszillo-Widerstand über ihre ganze Ausdehnung haben. graphen werden beispielsweise in üblicher Weise an Ferner arbeiten die Anordnung und das Verfahren die Wechselstrombrücke so angeschlossen, daß sie nach der Erfindung mit der größten Genauigkeit, den Nullstrom der Brücke anzeigen. Die Eingangswenn die unbekannte Halbleiterprobe nur mit Stör- klemmen für die Horizontalablenkung des Oszillostoffen dotiert ist, die einen einzigen Leitfähigkeits- 25 graphen werden mit den beiden Anschlußleitern des typ bestimmen, während keine Störstoffe vorhanden Halbleiterplättchens verbunden, da das Halbleitersind, welche den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp plättchen der unbekannte Widerstand in der Wechselhervorrufen oder hervorzurufen suchen und dadurch strombrücke ist. Der Oszillograph zeigt daher den die Wirkung der Störstoffe des ersten Typs kompen- beim Fehlabgleich durch die Brücke gehenden Strom sieren. Die nachstehend beschriebenen Anordnungen 30 als Funktion einer Spannung, die entweder gleich- und Verfahren können zwar auch zur Bestimmung phasig oder gegenphasig zu dem Strom ist, wobei die des spezifischen Widerstands von Proben aus korn- Phase von der Richtung des Fehlabgleichs der Brücke pensiertem Halbleitermaterial verwendet werden, wie abhängt. Somit wird auf dem Oszillographen eine noch beschrieben wird, doch soll die Erfindung zu- Linie 57 dargestellt, deren Neigung von dem Grad nächst in Verbindung mit der bevorzugten Ausfüh- 35 des Abgleichfehlers der Brückenschaltung abhängt,
rungsform erläutert werden, die sich auf eine Halb- Wenn die Temperatur des Halbleiterplättchens auf leiterprobe bezieht, welche nur mit Störstoffen eines die entsprechende Bezugstemperatur eingestellt ist, einzigen Leitfähigkeitstyps gleichförmig dotiert ist. wird die Brücke dadurch abgeglichen, daß die darin Zur Vereinfachung der Beschreibung soll auf p-Ger- enthaltenen Impedanzen verstellt werden, bis die gemanium Bezug genommen werden, obgleich die An- 40 rade Linie 57 auf dem Oszillographen genau waageordnung und das Verfahren bei jedem beliebigen recht liegt. Dann wird das Plättchen erwärmt, bis Halbleiter angewendet werden können. seine Temperatur den Punkt erreicht, in welchem derSince the function of the measuring arrangement used 5 ohmic connections must take place in such a way that one is essentially an impedance measurement and since there is a fixed ohmic connection on the plate, the information obtained thereby also exists at the highest temperature, which specific resistance value is _{o In} order for the platelet to be exposed during the measuring process, there must be a clear combination). A suitable energy source (not shown) between the absolute resistance of the film io provides the metal strip 52 with the energy for heating and the resistivity. From men of the plate. The energy supply is so one-for reasons of expediency, in the embodiment of the invention described first, that the temperature monitoring device 42 shows only on the scale 56 the correct reference temperature at semiconductors with uniform concentration of impurities, for which the resistivity of the half is taken into account; is known in the other embodiment printed circuit board, for example spatial shapes, this restriction does not apply. In the temperature. When this is achieved, the simplest form of alternation is used to align the method and the incoming current bridge. The state of balance of the order according to the invention only for measuring AC bridge 44 is indicated by the oscilloscope films, which graph a uniform concentration of contaminants 46 in the following way: The input and thus also a uniform specific output terminals for the vertical deflection of the oscilloscope resistance have their full extent. graphs are, for example, in the usual way on. Furthermore, the arrangement and the method of connecting the AC bridge so that they indicate the zero current of the bridge according to the invention with the greatest accuracy. The input, if the unknown semiconductor sample is only doped with interference clamps for the horizontal deflection of the oscilloscope substances, which will determine a single conductivity graph with the two connecting conductors of the type, while no interfering substances are connected to the semiconductor wafers, since the semiconductors which have the opposite conductivity type are wafers the unknown resistance in the alternation evoke or seek to evoke and is thus a current bridge. The oscillograph therefore shows the effect of the first type of interfering substances - in the event of a misalignment, the current going through the bridge will be compensated for. The arrangements 30 described below as a function of a voltage, which are either in phase and can also be used to determine the current is in phase or in phase opposition, the resistivity of samples from grain phase being used by the direction of the mismatching of the bridge pensored semiconductor material be how depends. Thus, one will be described on the oscilloscope, but the invention is to be illustrated at line 57, the inclination of which depends on the degree next in connection with the preferred embodiment 35 of the alignment error of the bridge circuit,
If the temperature of the semiconductor wafer relates to a conductor sample, which is only doped with impurities of a single conductivity type, the corresponding reference temperature is uniformly doped. the bridge is balanced by adjusting the impedances contained in it to simplify the description to p-Ger- until the gemanium is referred to, although the line 57 on the oscilloscope is exactly the same and the method is any is right. The wafer is then heated until semiconductors can be used. its temperature reaches the point at which the

Die F i g. 5 zeigt ein Blockschema der Anordnung, spezifische Widerstand wieder auf den gleichen Wert welche zur Durchführung der Messungen nach der wie bei der Bezugstemperatur zurückgekehrt ist; wäh-Erfindung verwendet wird. Der Halbleiter 48, dessen 45 rend der Erwärmung steigt der spezifische Widerspezifischer Widerstand gemessen werden soll, wird stand des Plättchens an, geht durch ein Maximum in einer Temperaturkammer 40 angeordnet, in der und kehrt dann zu diesem Punkt zurück. Es ist offenein Thermoelement 50 so angebracht ist, daß es die sichtlich, daß die gerade Linie auf dem Oszillo-Temperatur des Halbleiterkörpers genau mißt. Ein graphen eine größte Neigung annimmt und dann Temperaturüberwachungsgerät 42 mit direkt zeigen- 50 wieder in die horizontale Lage zurückkehrt, entder Skala 56 dient zur Anzeige der Temperatur des sprechend dem Anstieg des spezifischen Widerstands Halbleiterkörpers. Wie später noch erläutert wird, ist und seiner nachfolgenden Rückkehr zu dem Wert der Halbleiterkörper 48 in einen Zweig einer Wech- bei der Bezugstemperatur. Wenn die Linie 57 wieder selstrom-Impedanzbrücke 44 eingeschaltet, und ein in die waagerechte Lage zurückgekehrt ist, wird die Oszillograph 46 dient als Nullanzeigegerät für die 55 von dem Überwachungsgerät 42 angezeigte Tempe-Brücke. ratur aufgezeichnet. Dieses Verfahren wird mit derThe F i g. Fig. 5 shows a block diagram of the arrangement, specific resistance back to the same value which returned to take measurements after the same as at the reference temperature; wäh-invention is used. The semiconductor 48, whose 45 rend of the heating increases the specific nonspecific resistance is to be measured, the platelet is on, goes through a maximum placed in a temperature chamber 40 in which and then returns to that point. It's open Thermocouple 50 is attached so that it is visible that the straight line on the oscillo temperature of the semiconductor body accurately measures. A graph assumes a greatest slope and then Temperature monitoring device 42 with direct display 50 returns to the horizontal position, either Scale 56 is used to display the temperature of the speaking of the increase in resistivity Semiconductor body. As will be explained later, is and its subsequent return to the value the semiconductor body 48 in a branch of a change at the reference temperature. When the line 57 again selstrom impedance bridge 44 switched on, and one has returned to the horizontal position, the Oscilloscope 46 serves as a zero display device for the temperature bridge displayed by the monitoring device 42. rature recorded. This procedure is used with the

Mehrere Plättchen aus p-Germanium mit verschie- in der F i g. 5 gezeigten Anordnung. mit mehrerenSeveral platelets made of p-germanium with different in the FIG. 5 arrangement shown. with multiple

denen Störstoffkonzentrationen, die jeweils einen be- einzelnen Halbleiterplättchen mit verschiedenenthose contaminant concentrations, each of which is a single semiconductor wafer with different

kannten spezifischen Widerstand bei einer Bezugs- Störstoffkonzentrationen durchgeführt, so daß die inknown specific resistance was carried out at a reference concentration of impurities, so that the in

temperatur, beispielsweise Raumtemperatur, haben, 60 der F i g. 6 gezeigte Kurve gezeichnet werden kann,temperature, for example room temperature, 60 of FIG. 6 curve shown can be drawn,

dienen zur Eichung der Anordnung von Fig. 5. Die welche den Wert des spezifischen Widerstands beiserve to calibrate the arrangement of FIG

Plättchen werden getrennt in der Temperaturkammer der Bezugstemperatar in Abhängigkeit von der er-Platelets are separated in the temperature chamber of the reference temperature depending on the

40 auf einem Metallstreifen 52 befestigt, der zum höhten Temperatur zeigt, bei welcher der spezifische40 attached to a metal strip 52, which shows the highest temperature at which the specific

Aufheizen des Halbleiters dient. Das Thermoelement Widerstand wieder auf den gleichen Wert wie bei derHeating the semiconductor is used. The thermocouple resistance back to the same value as with the

50 wird in nächster Nähe des Halbleiters so ange- g- Bezugstemperatar zurückgekehrt ist. Die Ordinate50 is in the immediate vicinity of the semiconductor so that the reference temperature has returned. The ordinate

bracht, daß es dessen Temperatur mittels des Tem- des Diagramms von F i g. 6 zeigt die spezifischenbrings that its temperature by means of the temperature diagram of FIG. 6 shows the specific

peraturüberwachungsgeräts 42 genau anzeigt. An dem Widerstände der verschiedenen zur Eichung des Ge-temperature monitoring device 42 shows exactly. At the resistance of the various to calibrate the device

Halbleiterplättchen werden im Abstand Kontakte mit räts verwendeten Plättchen bei der Bezugstempe-Semiconductor wafers are at a distance from contacts with wafers used at the reference temperature

ratur, und die Abszisse stellt die erhöhten Temperaturen dar, bei welchen der spezifische Widerstand der einzelnen Plättchen auf den gleichen Wert wie bei der Bezugstemperatur zurückgekehrt ist. Jeder Punkt der Kurve liefert eine Information für eine Halbleiterprobe mit einer anderen Störstoffkonzentration. Diese Kurve dient zur Bestimmung des spezifischen Widerstands des zu messenden unbekannten dünnen Halbleiterfilms.temperature, and the abscissa represents the elevated temperatures at which the resistivity of the individual platelets has returned to the same value as at the reference temperature. Every point the curve provides information for a semiconductor sample with a different concentration of impurities. This curve is used to determine the specific resistance of the unknown thin layer to be measured Semiconductor film.

Folgende Bemerkung ist wichtig: Sobald der Wiederabgleich der Brücke auf dem Oszillographen angezeigt ist, ist der spezifische Widerstand der in der Messung befindlichen Probe bestimmt. Für die bekannten Proben ist dies eine Anzeige dafür, daß der spezifische Widerstand wieder gleich dem spezifischen Widerstand bei der Bezugstemperatur ist. Eine Kenntnis des geometrischen Aufbaues der in der Messung befindlichen Probe ist daher nicht erforderlich. Ferner ist es bedeutungslos, ob die Probe einen hohen oder einen niedrigen Gesamtwiderstand hat, der daher nicht bekannt zu sein braucht, denn der spezifische Widerstand der Probe ist ausschließlich eine Funktion einer erhöhten Temperatur, wenn die Probe einen dem Wert bei der erhöhten Temperatur gleichen spezifischen Widerstand bei einer und nur bei einer anderen Bezugstemperatur besitzt. Auf Grund dieser Tatsachen ist die einzige Messung, die mit der Anordnung durchgeführt werden muß, die Feststellung der Temperatur, bei welcher der Wiederabgleich der Brücke eintritt.The following remark is important: As soon as the rebalancing of the bridge on the oscilloscope is displayed, the specific resistance of the sample being measured is determined. For the known samples, this is an indication that the specific resistance is again equal to the specific Resistance at the reference temperature is. Knowledge of the geometric structure of the in the sample being measured is therefore not required. Furthermore, it is irrelevant whether the sample is has a high or a low total resistance, which therefore does not need to be known, because the specific resistance of the sample is solely a function of an elevated temperature, if the sample has a resistivity equal to the value at the increased temperature at one and only possesses at a different reference temperature. Based on these facts, the only measurement is that must be performed with the arrangement determining the temperature at which the readjustment the bridge enters.

Sobald die Anordnung von Fig. 5 mit Halbleiterplättchen, deren spezifische Widerstände bei der Bezugstemperatur bekannt sind, geeicht worden ist, kann der spezifische Widerstand eines unbekannten Halbleiterplättchens aus dem gleichen Halbleitermaterial festgestellt werden. Mit der unbekannten Probe wird genau das gleiche Verfahren durchgeführt, das mit den bekannten Proben vorgenommen wurde, und sobald der Wiederabgleich angezeigt wird, wird die Temperatur festgehalten, bei welcher der Wiederabgleich eingetreten ist. Diese Temperatur wird auf der Abszisse des Diagramms von F i g. 6 aufgesucht, und der entsprechende spezifische Widerstand bei der Bezugstemperatur wird an der Ordinate des Diagramms abgelesen.As soon as the arrangement of FIG. 5 with semiconductor wafers, whose specific resistances are known at the reference temperature, has been calibrated, can be the resistivity of an unknown semiconductor die made of the same semiconductor material to be established. Exactly the same procedure is carried out with the unknown sample, that was done with the known samples and as soon as the readjustment is displayed, will be displayed the temperature at which the readjustment occurred is recorded. This temperature is on the abscissa of the diagram of FIG. 6 visited, and the corresponding specific resistance at the reference temperature is read off the ordinate of the diagram.

Das gleiche Verfahren wie für die Messung des spezifischen Widerstands von Halbleiterplättchen wird zur Messung des spezifichen Widerstands eines dünnen Halbleiterfilms angewendet, der auf einer Unterlage aus Metall oder Halbleitermaterial mit geringem spezifischem Widerstand epitaktisch abgeschieden ist.The same procedure as for measuring the resistivity of semiconductor wafers is used to measure the resistivity of a thin semiconductor film placed on a Base made of metal or semiconductor material with low specific resistance deposited epitaxially is.

Es ist wichtig, die folgenden Vorsichtsmaßnahmen hinsichtlich der Anbringung der elektrischen Anschlüsse an dem dünnen Halbleiterfilm und hinsichtlich des zugehörigen geometrischen Aufbaues zu beachten, damit die größte Genauigkeit beim Betrieb der Anordnung von F i g. 5 erhalten wird. Die wesentliche Funktion der Anordnung von F i g. 5 ist die Messung des wirklichen Widerstands und nicht des spezifischen Widerstands mit Hilfe eines Brückenabgleichs; obgleich die Anordnung auf den wirklichen Widerstand anspricht, ist die einzige Information, die zur Bestimmung des spezifischen Widerstands des Films benötigt wird, die Temperatur, bei welcher der Wiederabgleich eintritt, wie zuvor erläutert worden ist. Das mit der Anordnung erzielte Ergebnis hängt', aber davon ab, daß sich nur der spezifische Widerstand der zu messenden Probe als Funktion der Temperatur ändert. Der Film 2 von Fig. 1 ist ein Beispiel für eine zu messende Probe, und es ist wichtig, daß der spezifische Widerstand des Körpers 4 bei einer Temperaturänderung im wesentlichen konstant bleibt. In den meisten Fällen ist dies gewährleistet, weil der spezifische Widerstand dieses Körpers im Vergleich zu demjenigen des Films sehr niedrig ist (entsprechend einer hohen Störstoff-It is important to take the following precautions with regard to the location of the electrical connections to be observed on the thin semiconductor film and with regard to the associated geometric structure, thus the greatest accuracy when operating the arrangement of FIG. 5 is obtained. The essential Function of the arrangement of FIG. 5 is the measurement of real resistance and not of specific resistance with the help of a bridge balance; although the arrangement on the real ones Resistance is the only information used to determine the resistivity of the film is required, the temperature at which readjustment occurs, as previously discussed. That achieved with the arrangement Result depends on the fact that only the specific resistance of the sample to be measured turns out to be Function of temperature changes. The film 2 of Fig. 1 is an example of a sample to be measured, and it is important that the resistivity of the body 4 with a temperature change in the remains essentially constant. In most cases this is guaranteed because of the specific resistance this body is very low compared to that of the film (corresponding to a high level of

HJ konzentration). Temperaturänderungen haben daher in dem Körper 4 nur eine unbedeutende Änderung des spezifischen Widerstands zur Folge, wie aus den Kurven für hohe Störstoffkonzentrationen in der Fig. 4 erkennbar ist. Wenn dies nicht der Fall wäre,HJ concentration). Therefore have temperature changes in the body 4 results in only an insignificant change in the specific resistance, as can be seen from the Curves for high contaminant concentrations in FIG. 4 can be seen. If it wasn't the case,

XS würde die Anordnung eine zusammengesetzte Information sowohl über den Körper 4 als auch über den Film 2 liefern, und es wäre schwieriger, die Widerstandswerte der beiden Teile zu trennen. Von großer Bedeutung ist die Tatsache, daß der Gesamtwiderstand des Körpers 4 und derjenige des Films 2 vergleichbar sein können, ohne daß dadurch die Genauigkeit der Messung des spezifischen Widerstands des Films beeinträchtigt wird. Dies gilt, solange der spezifische Widerstand des Körpers 4 sich nicht merk- XS , the arrangement would provide composite information about both the body 4 and the film 2, and it would be more difficult to separate the resistance values of the two parts. Of great importance is the fact that the total resistance of the body 4 and that of the film 2 can be comparable without affecting the accuracy of the measurement of the resistivity of the film. This applies as long as the specific resistance of the body 4 is not noticeable.

äs lieh in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, weil dann lediglich der spezifische Widerstand des Films bewirkt, daß während der Messung die Brücke außer Abgleich gebracht und dann wieder abgeglichen wird, wobei der spezifische Widerstand des Films aus-äs borrowed changes depending on the temperature because then only the resistivity of the film causes the bridge to be outside during the measurement Adjustment is brought and then adjusted again, whereby the specific resistance of the film is

3CS schließlich eine Funktion der Temperatur ist, bei welcher der Wiederabgleich eintritt.Finally, 3CS is a function of temperature which the readjustment occurs.

Damit der Film in einen Zweig der Impedanzbrückenschaltung eingeschaltet werden kann, müssen geeignete elektrische Kontakte an dem Film 2 und an dem Körper 4 angebracht werden. In der Fig. 7, in welcher die Bezugszeichen mit einem Indexstrich schematisch die elektrischen Ersatzwiderstände der Teile von Fig. 1 bezeichnen, ist eine vereinfachte Brückenschaltung (nur zum Zweck der Erläuterung)So that the film can be switched into a branch of the impedance bridge circuit, must appropriate electrical contacts can be made on the film 2 and on the body 4. In Fig. 7, in which the reference numerals with an index line schematically represent the equivalent electrical resistances of the Designating parts of Fig. 1 is a simplified bridge circuit (for the purpose of explanation only)

4Q mit vier Impedanzzweigen dargestellt, von denen ein Zweig die unbekannte Probe enthält. Dieser Zweig der Brückenschaltung enthält in Serie den Widerstand 2' des Halbleiterfilms 2, den Widerstand 4' des Halbleiterkörpers 4, den Widerstand 6' der zum Film 2 führenden elektrischen Anschlußleitung 6, den Widerstand 8' einer elektrischen Anschlußleitung 8 sowie jeden weiteren Widerstand 10', der zwischen den elektrischen Anschlußleitungen 6 und 8 liegen kann. Die Vertikalablenkplatten des Oszillographen werden an die Klemmen 12 und 12' der Nulldiagonale der Brücke angeschlossen, so daß sie den Nullstrom messen, und die Horizontalablenkplatten des Oszillographen sind an die Klemmen 14 und 14' der unbekannten Impedanz angeschlossen,' so daß sie den4Q shown with four impedance branches, one of which Branch that contains the unknown sample. This branch of the bridge circuit contains the resistor in series 2 'of the semiconductor film 2, the resistor 4' of the semiconductor body 4, the resistor 6 'of the film 2 leading electrical connection line 6, the resistor 8 'of an electrical connection line 8 and any further resistor 10 ', which can be between the electrical connection lines 6 and 8. The vertical deflection plates of the oscilloscope are connected to terminals 12 and 12 'of the zero diagonal of the Bridge connected so that they measure the zero current, and the oscilloscope's horizontal deflection plates are connected to terminals 14 and 14 'of the unknown impedance,' so that they have the

SS Spannungsabfall an dieser messen. Eine Wechselstromquelle 16 ist in der dargestellten Weise an die Brückenschaltung angeschlossen.Measure the voltage drop across it. An AC power source 16 is connected to the bridge circuit in the manner shown.

Beim Anbringen der elektrischen Anschlußleitung 6 an dem Film 2 in der in der F i g. 1 gezeigten Weise muß darauf geachtet werden, daß ein ohmscher Kontakt zwischen diesen Teilen hergestellt wird. Die gleiche Vorsichtsmaßnahme muß beim Anbringen einer elektrischen Anschlußleitung an dem Körper 4 beachtet werden. Diese Kontakte müssen ferner in der Lage sein, die höchsten Temperaturen auszuhalten, denen die Anordnung von Fig. 1 während des Meßvorgangs ausgesetzt wird. Aus Zweckmäßigkeitsgründen kann der Körper 4 auf einem üblichenWhen attaching the electrical connection line 6 to the film 2 in the manner shown in FIG. 1 way shown Care must be taken that an ohmic contact is established between these parts. the The same precaution must be taken when attaching an electrical lead to the body 4 get noticed. These contacts must also be able to withstand the highest temperatures, which the arrangement of FIG. 1 is exposed to during the measuring process. For convenience can the body 4 on a usual

Transistorsockel 10 angebracht werden, an dem eine elektrische Anschlußleitung 8 vorgesehen ist.Transistor base 10 are attached, on which an electrical connection line 8 is provided.

Es sind ferner gewisse Vorsichtsmaßnahmen hinsichtlich der geometrischen Anordnung der Anschlußleitung 6, des Films 2 und des Körpers 4 der Anordnung von F i g. 1 zu beachten. In den meisten Fällen sind die Flächenabmessungen des Films 40 und des Halbleiterkörpers 42 gleich, Bei einer Anschlußleitung 6 mit kreisförmigem Querschnitt sollte der Durchmesser der Anschlußleitung an die Berührungs- iq stelle mit dem Film 2 klein gegen die Dicke des Halbleiterkörpers sein, damit die Anordnung die größte Meßgenauigkeit ergibt. Ferner ist es erwünscht, wenn auch wegen der geringen Dicke des Films 2 nicht immer möglich, daß der Durchmesser der Anschlußleitung 6 klein gegen die Dicke des Films ist. Wenn wenigstens die erste dieser beiden Bedingungen erfüllt ist, zeigt der Strom beim Durchgang durch den Körper 4 einen gewissen Ausbreitungseffekt. Dadurch trägt der Körper 4 noch weniger zu dem Gesamtwiderstand des Stromweges bei, so daß der Widerstand des Körpers 4 gegenüber demjenigen des Films 2 vernachlässigbar ist. Obgleich es, wie bereits zuvor angegeben wurde, unerheblich ist, ob der Gesamtwiderstand des Körpers 4 groß ist, solange sich dessen spezifischer Widerstand nicht in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, kann doch auch bei einer geringfügigen Änderung des spezifischen Widerstands des Körpers 4 noch eine gute Meßgenauigkeit erreicht werden, wenn der Gesamtwiderstand dieses Körpers klein gegen denjenigen des Films 2 ist.There are also certain precautionary measures with regard to the geometric arrangement of the connection line 6, film 2 and body 4 of the assembly of FIG. 1 must be observed. In most cases the surface dimensions of the film 40 and of the semiconductor body 42 are the same, in the case of a connecting lead 6 with a circular cross-section, the diameter of the connection line to the touch iq make the film 2 small compared to the thickness of the semiconductor body, so that the arrangement is the largest Measurement accuracy results. Furthermore, it is desirable, although not because of the small thickness of the film 2 always possible that the diameter of the connecting line 6 is small compared to the thickness of the film. if at least the first of these two conditions is fulfilled, shows the current when passing through the Body 4 has a certain spreading effect. As a result, the body 4 contributes even less to the overall resistance of the current path, so that the resistance of the body 4 to that of the film 2 is negligible. Although, as stated earlier, it is immaterial whether the total resistance of the body 4 is large as long as its specific resistance is not dependent on the temperature changes, but can also with a slight change in the resistivity of the body 4 a good measurement accuracy can still be achieved if the total resistance of this body is small compared to that of film 2.

Wie die F i g. 7 zeigt, ist die Anordnung von F i g. 1 über die Leitungen 6 und 8 elektrisch in den einen Zweig der Brücke eingeschaltet. Der Transistorsockel 10 dient als bequemes Mittel zur Wärmeübertragung g§ von dem Heizstreifen zu dem Film. Der Heizstreifen 52 wird so eingestellt, daß der Film 2, der Körper 4 und der Sockel 10 auf die Bezugstemperatur gebracht werden, und die Brücke wird dann abgeglichen. Dann wird die Anordnung auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, bei welcher die Brücke wieder zum Abgleich kommt. Dies erfolgt durch entsprechende Einstellung des Heizstromes. Wenn die Temperatur die Wiederabgleichtemperatur überschreitet, zeigt die gerade Linie auf dem Oszillographen eine negative Neigung. Wenn die Temperatur unter der Wiederabgleichtemperatur liegt, hat die Linie eine positive Neigung. Es ist somit erkennbar, daß der Oszillograph nicht nur den Abgleichzustand dadurch anzeigt, daß die Linie genau horizontal liegt, sondern außerdem anzeigt, ob die Temperatur der Probe über oder unter der Wiederabgleichtemperatur liegt.As the F i g. 7 shows the arrangement of FIG. 1 via the lines 6 and 8 electrically into the one Branch of the bridge switched on. The transistor base 10 serves as a convenient means of heat transfer g§ from the heating strip to the film. The heating strip 52 is adjusted so that the film 2, the body 4 and the base 10 are brought to the reference temperature, and the bridge is then leveled. then the arrangement is heated to an increased temperature at which the bridge is again used for adjustment comes. This is done by setting the heating current accordingly. When the temperature is the rebalance temperature exceeds, the straight line on the oscilloscope shows a negative slope. If the temperature is below the rebalance temperature, the line has a positive slope. It can thus be seen that the oscilloscope not only indicates the balance state by the fact that the Line is exactly horizontal, but also indicates whether the temperature of the sample is above or below the readjustment temperature is.

Die Wiederabgleichtemperatur wird an dem Überwachungsgerät 42 abgelesen und auf der Abszisse der Kurve von F i g. 6 aufgesucht. Dann kann der ent- 5s sprechende spezifische Widerstand bei der Bezugstemperatur direkt an der Ordinate der Kurve abgelesen werden. Dadurch ist der spezifische Widerstand des Halbleiterfilms 2 bei der Bezugstemperatur ermittelt. Da die zur Aufstellung der Kurve von F i g. 6 verwendeten bekannten Proben bekannte Störstoffkonzentrationen haben, kann auch die Störstofrkonzentration der unbekannten Probe bestimmt werden.The readjustment temperature is read on the monitor 42 and on the abscissa of the Curve of FIG. 6 visited. Then the ent- 5s The specific resistance at the reference temperature can be read directly from the ordinate of the curve will. As a result, the specific resistance of the semiconductor film 2 is determined at the reference temperature. Since the for the establishment of the curve of F i g. 6 known samples used known contaminant concentrations can also determine the contaminant concentration of the unknown sample will.

Bei der Bestimmung des spezifischen Widerstands einer unbekannten Probe bei einer Bezugstemperatur ist es wichtig, daß die zur Eichung der Anordnung verwendeten bekannten Proben aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die unbekannte Probe bestehen. Ferner muß während der gesamten Eichung und während der Messung der unbekannten Probe die gleiche Bezugstemperatur verwendet werden. Aus Zweckmäßigkeitsgründen kann die Skala 56 des Temperaturüberwachungsgeräts 42 entweder in Einheiten des spezifischen Widerstands oder in Einheiten des spezifischen Widerstands und der Temperatur für ein bestimmtes Halbleitermaterial und eine bestimmte Bezugstemperatur geeicht werden, so daß der unbekannte spezifische Widerstand direkt an diesem Gerät abgelesen werden kann, ohne daß die Kurve von F i g, 6 benötigt wird.When determining the resistivity of an unknown sample at a reference temperature it is important that the known samples used to calibrate the assembly are from the same Semiconductor material like the unknown sample. Furthermore, during the entire calibration and the same reference temperature can be used during the measurement of the unknown sample. the end For the sake of convenience, the scale 56 of the temperature monitoring device 42 can either be in units of resistivity or in units of resistivity and temperature for a certain semiconductor material and a certain reference temperature are calibrated so that the unknown specific resistance can be read directly on this device without the curve of F i g, 6 is needed.

Die F i g. 8 zeigt eine Sehnittansicht einer anderen Anordnung, welche in Verbindung mit dem Verfahren und der Anordnung nach der Erfindung verwendet werden kann, In diesem Fall ist keine Anschlußleitung an dem Sockel 10 angebracht, sondern an der Oberfläche des Films 2 sind im Abstand voneinander zwei Anschlußleitungen 6 und 11 angeordnet, wobei die zuvor angegebenen Vorsichtsmaßnahmen hinsichtlich der Anbringung der Anschlußleitungen an dem Film beachtet werden. Der Strom aus der einen Leitung geht direkt durch den Film zu dem Körper 4 und von dort wieder durch, den Film zu der anderen Anschlußleitung zurück. Der niederohmige Körper 4 stellt einen Kurzschluß für den Querwiderstand des Films zwischen den Kontakten 6 und 11 dar. Daher sind die mit dieser Anordnung erzielten Ergebnisse denjenigen gleichwertig, die mit der Anordnung von F i g. 1 erhalten werden.The F i g. Fig. 8 shows a sectional view of another Arrangement used in connection with the method and arrangement according to the invention In this case, no connection line is attached to the base 10, but rather on the surface of the film 2 two connecting lines 6 and 11 are arranged at a distance from one another, taking the precautionary measures given above with regard to the attachment of the connecting cables to be observed in the film. The current from one line goes straight through the film to the body 4 and from there again through, the film back to the other connection line. Of the low-resistance body 4 provides a short circuit for the transverse resistance of the film between the contacts 6 and 11. Therefore, the results obtained with this arrangement are equivalent to those obtained with the arrangement of FIG. 1 can be obtained.

Das zuvor beschriebene Verfahren und die zugehörige Anordnung eignen sich zwar besonders zur Bestimmung des spezifischen Widerstands eines dünnen Halbleiterfilms, der auf einer Unterlage aus Metall oder einem niederohrnigen Halbleitermaterial des gleichen Leitfähigkeitstyps epitaktisch aufgebracht ist; es eignet sich jedoch in gleicher Weise für entsprechende Messungen an dünnen oder dicken Plättehen aus Halbleitermaterial, die nicht auf eine niederohmige Unterlage aufgebracht und durch diese elektrisch kurzgeschlossen werden, wie sich aus den zuvor beschriebenen Messungen an den bekannten Proben zum Zwecke der Eichung ergibt. Zur Erzielung bester Ergebnisse soll sich nur der spezifische Widerstand der unbekannten Probe in Abhängigkeit von der Temperatur ändern. Ferner ergibt sich die größte Genauigkeit in der Messung des spezifischen Widerstands und der Störstoffkonzentration dann, wenn nur Proben verwendet werden, welche über ihre gesamte Ausdehnung eine gleichförmige Störstoffkonzentration haben und deren Störstellen nicht ganz oder teilweise durch Störstoffe des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps kompensiert sind.The method described above and the associated arrangement are particularly suitable for Determination of the specific resistance of a thin semiconductor film, which is made on a support Metal or a low-eared semiconductor material of the same conductivity type applied epitaxially is; however, it is equally suitable for corresponding measurements on thin or thick ones Plates made of semiconductor material that are not applied to a low-resistance base and through this be electrically short-circuited, as can be seen from the measurements described above on the known Samples for the purpose of calibration results. For best results only the specific Change the resistance of the unknown sample as a function of the temperature. Furthermore, there is the Greatest accuracy in the measurement of the specific resistance and the concentration of impurities then, if only samples are used which have a uniform concentration of contaminants over their entire extent and their imperfections are not wholly or partly due to contaminants of the opposite Conductivity type are compensated.

Das beschriebene Verfahren und die zu seiner Durchführung dienende Anordnung können jedoch auch zur Ermittlung des Profils von Proben verwendet werden, deren spezifischer Widerstand entlang einer durch die Probe gehenden Achse ungleichförmig ist. Wenn beispielsweise ein Halbleiterplättchen einen gleichförmigen spezifischen Widerstand entlang der Dickenachse und einen ungleichförmigen spezifischen Widerstand in einer senkrecht zur Dickenachse stehenden Ebene hat, kann das Profil des spezifischen Widerstands über die gesamte Fläche dadurch erhalten werden, daß das gleiche Verfahren und die gleiche Anordnung in der zuvor beschriebenen Weise angewendet werden, wobei Ablesungen an jeder ge-However, the method described and the arrangement used to carry it out can can also be used to determine the profile of samples, their resistivity along an axis passing through the sample is non-uniform. For example, if a semiconductor die has a uniform resistivity along the thickness axis and a non-uniform specific Has resistance in a plane perpendicular to the thickness axis, the profile of the specific Resistance over the entire area can be obtained by following the same procedure and the the same arrangement can be applied in the manner previously described, with readings at each

609 559/312609 559/312

wünschten Zahl von getrennten Stellen auf der Oberfläche des Plättchens vorgenommen werden. Wenn andererseits die unbekannte Probe einen ungleichförmigen spezifischen Widerstand entlang der Dickenachse, aber einen gleichförmigen spezifischen Widerstand in jeder senkrecht zur Dickenachse stehenden Ebene hat, kann das Profil des spezifischen Widerstands entlang der Dickenachse dadurch erhalten werden, daß die ganze Probe in einem sehr spitzen Winkel zu der Oberflächenebene schräg abgeschnitten wird. Falls die unbekannte Probe eine dünne Halbleiterschicht auf einem niederohmigen Körper ist, wie in der F i g. 9 dargestellt ist, hat man eine ausgezeichnete Halterung für die Schicht während des Abschleifens. desired number of separate places on the surface of the platelet. On the other hand, if the unknown sample has a non-uniform resistivity along the thickness axis, but a uniform resistivity in each plane perpendicular to the thickness axis can be the specific resistance profile along the thickness axis can be obtained by sharpening the whole sample in a very sharp manner Is truncated obliquely to the surface plane. If the unknown sample has a thin semiconductor layer is on a low-resistance body, as in FIG. 9 is shown, one has an excellent Bracket for the layer during sanding.

Bei der Anordnung nach der F i g. 9 ist eine dünne Schicht 106 aus Halbleitermaterial auf einem niederohmigen Körper 104 angebracht. Ein Abschnitt 102 der Schicht 106 ist in einem sehr spitzen Winkel zu der Oberflächenebene der Schicht schräg abgeschliffen. Die zuvor beschriebene Anordnung wird zur Durchführung aufeinanderfolgender Messungen an verschiedenen getrennten Stellen auf der Oberfläche des abgeschrägten Abschnitts 102 verwendet. Zum Zweck der Erläuterung sind nur drei Anschlüsse 108,108' und 108" an drei getrennten Stellen 109, 109' und 109" auf der Oberfläche des abgeschrägten Abschnitts 102 dargestellt, doch wurden normalerweise sehr viel mehr solche Stellen herangezogen, damit das Profil des spezifischen Widerstands durch die Schicht 106 in der Richtung der Achse Y genau bestimmt werden kann. Das Profil wird wie folgt ermittelt: Es wird eine Messung des spezifischen Widerstands an der Stelle 109 vorgenommen, die sehr nahe an dem dünnsten Teil des abgeschrägten Abschnitts 102 liegt, wobei von der Annahme ausgegangen wird, daß dieser dünne Teil der Schicht einen gleichförmigen spezifischen Widerstand entlang der Achse Y hat. Dann wird eine weitere Messung an einem etwas dickeren Teil an der Stelle 109' vorgenommen. Diese zweite Messung ergibt ein zusammengesetztes Ergebnis für zwei aneinanderstoßende Schichten des Materials, von denen jede einen anderen, als gleichförmig angenommenen spezifischen Widerstand hat. Da der spezifische Widerstand der ersten Schicht durch die erste Messung bestimmt worden ist, kann der spezifische Widerstand der zweiten Schicht durch Heranziehen einer Kennlinienschar bestimmt werden, welche den spezifischen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur für verschiedene Störstoffkonzentrationen zeigt, wie beispielsweise in der F i g. 4 dargestellt ist. Durch Feststellung der Temperatur, bei welcher der spezifische Widerstand der ersten Schicht wieder gleich dem spezifischen Widerstand bei der Bezugstemperatur ist, sowie Feststellung der Temperatur, bei welcher der zusammengesetzte spezifische Widerstand der beiden Schichten gleich dem spezifischen Widerstand bei der Bezugstemperatur ist, kann der spezifische Widerstand der zweiten Schicht allein durch den Wert bestimmt werden, der gerade ausreicht, um den spezifischen Widerstand der ersten Schicht so weit zu verändern, daß der zusammengesetzte spezifische Widerstand erhalten wird. Dieses Verfahren kann wiederholt zur Durchführung von Messungen an aufeinanderfolgend dickeren Abschnitten auf der Oberfläche des abgeschrägten Teils der Schicht angewendet werden. Dadurch kann das Profil des spezifischen Widerstands entlang der Achse Y der Schicht bestimmt werden.In the arrangement according to FIG. 9, a thin layer 106 of semiconductor material is applied to a low-resistance body 104 . A portion 102 of the layer 106 is ground obliquely at a very acute angle to the surface plane of the layer. The arrangement described above is used to take successive measurements at various separate locations on the surface of the beveled portion 102 . For purposes of illustration, only three terminals 108, 108 ' and 108 "are shown in three separate locations 109, 109' and 109" on the surface of the chamfered portion 102 , but many more such locations have typically been used to allow the resistivity profile to pass through the layer 106 can be accurately determined in the direction of the Y axis. The profile is obtained as follows: A resistivity measurement is taken at point 109 , which is very close to the thinnest part of the tapered portion 102 , assuming that this thin part of the layer has a uniform resistivity along the Y axis. Then another measurement is taken on a slightly thicker part at point 109 ' . This second measurement gives a composite result for two abutting layers of the material, each of which has a different resistivity that is assumed to be uniform. Since the specific resistance of the first layer has been determined by the first measurement, the specific resistance of the second layer can be determined by using a family of characteristics which shows the specific resistance as a function of the temperature for different concentrations of impurities, as shown for example in FIG . 4 is shown. By determining the temperature at which the specific resistance of the first layer is again equal to the specific resistance at the reference temperature, as well as determining the temperature at which the composite specific resistance of the two layers is equal to the specific resistance at the reference temperature, the specific resistance of the second layer can be determined solely by the value which is just sufficient to change the resistivity of the first layer to such an extent that the composite resistivity is obtained. This method can be used repeatedly to make measurements on successively thicker sections on the surface of the beveled portion of the layer. This allows the resistivity profile along the Y axis of the layer to be determined.

Claims

Patent claims:

1. Method for measuring the resistivity of a semiconductor body low specific resistance applied semiconductor layer, characterized in that that the resistance of the semiconductor body with the layer with the help of an impedance measuring bridge is first determined at a first temperature and that then the temperature of the test object is changed until the bridge is at a second, from the first different temperature is again in the balance, and that then from the measured temperature difference, that for a certain semiconductor material only depends on its concentration of impurities depends, on the basis of a comparison with samples known resistance, the specific Resistance is determined.

2. Arrangement for performing the method according to claim 1 with a to the impedance the impedance measuring bridge adapted to the semiconductor to be measured and devices for balancing the bridge, characterized by a device for setting different Temperatures of the measurement object.

3. Arrangement according to claim 2, characterized by means for displaying the specific Resistance as a function of the temperature of the test object during the second adjustment the impedance bridge.

Considered publications:
U.S. Patent No. 2,790,952,2,790,141.

1 sheet of drawings