DE19740025A1

DE19740025A1 - Capacitance-voltage measuring system, to measure dopant profile of single crystal semiconductor material

Info

Publication number: DE19740025A1
Application number: DE1997140025
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Bloechl; Hermann Wimmer; Ludwig Dipl Phys Dr Koester
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 1999-03-25

Abstract

The system has a support plate (1) for a wafer to be measured, which has a hole (6) for a mercury measurement probe (2). A two-part casing (7,8) has a metallic screen (4) enclosing the probe, to screen parasitic capacitances. Preferably the casing is made of aluminum. An Independent claim is also given for a method for screening a capacitance-voltage measurement

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Dotier stoffprofils von einkristallinem Halbleitermaterial mit der Kapazitäts-Spannungsmethode und ein Verfahren zur Abschirmung parasitärer Kapazitäten der Kapazitäts-Spannungsmessung.The invention relates to a device for measuring the doping material profile of single-crystalline semiconductor material with the Capacitance voltage method and shielding method parasitic capacitances of capacitance-voltage measurement.

Die CV-Messung (Capacitance Voltage, deutsch: Kapazität Span nung) mit Quecksilberkontakten dient zur Ermittlung von Do tierstoffkonzentrationen und Dotierungsprofilen in Halblei tern. Dabei wird die Kapazität des Metall-Halbleiter-Kontakts (der sogenannte "Schottky-Kontakt") gemessen und daraus die Dotierstoffkonzentration berechnet.The CV measurement (capacitance voltage, German: capacitance span with mercury contacts is used to determine Do. animal substance concentrations and doping profiles in semi-lead tern. The capacitance of the metal-semiconductor contact (the so-called "Schottky contact") measured and the Dopant concentration calculated.

Wie aus der DIN 50 439 zur CV-Messung zu entnehmen ist, ist der gesuchten Sperrschichtkapazität immer eine parasitäre Streukapazität überlagert. Die Streukapazität ist für die Ge nauigkeit der Messung von extremer Bedeutung. Ihr Wert liegt in der Größenordnung von 1 pF. Weicht der verwendete Wert vom wahren Wert nur um 0,1 pF ab, so hat dies Fehler von bis zu ca. 20% bei der Berechnung der Dotierstoffkonzentration zur Folge. Können die elektrischen Streufelder der Meßsonde den zu untersuchenden Silicium-Wafer erreichen, so hängt die Größe der Streukapazität auch vom Durchmesser und der Lage des Wa fers auf der Sonde ab. Im Stand der Technik wird die Streuka pazität lediglich ein einziges Mal ermittelt und dann rechne risch abgezogen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß eine rechnerische Eliminierung der Streukapazität nur an einem Punkt zu einem richtigen Ergebnis führt, nicht jedoch für die gesamte Scheibe zutrifft. Es ist jedoch wichtig, die Dotier stoffkonzentration für die gesamte Scheibe, also auch in der Nähe des Scheibenrandes zu kennen, da die Dotierstoffkonzen tration wichtig ist für die Funktion von aus diesen Scheiben hergestellten elektrischen Bauelementen.As can be seen from DIN 50 439 on CV measurement, is the desired junction capacitance is always parasitic Stray capacity overlaid. The stray capacity is for the Ge accuracy of measurement of extreme importance. Your value lies in the order of 1 pF. Does the value used differ from true value only by 0.1 pF, this has errors of up to approx. 20% when calculating the dopant concentration Episode. Can the stray electrical fields of the measuring probe reach the investigating silicon wafer, the size depends the stray capacity also from the diameter and location of the wa on the probe. The Streuka capacity only determined once and then calculate subtracted. However, this method has the disadvantage that a computational elimination of the stray capacity on only one Point leads to a correct result, but not for that entire disc applies. It is important, however, the doping substance concentration for the entire pane, including in the Knowing the vicinity of the edge of the pane, because of the dopant concentration tration is important for the function of these disks manufactured electrical components.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Ver fügung zu stellen, die den Stand der Technik verbessert, ins besondere ein Vorrichtung, die die Streukapazität vermindert und, unabhängig vom Meßort auf der Scheibe, konstant hält. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Überraschend wurde gefunden, daß metallische Abschirmungen an bestimmten Orten der Meßvorrichtung die Streukapazität minimieren.The object of the invention is therefore to provide a device for Ver to provide, which improves the state of the art, ins special a device that reduces the stray capacity and, regardless of the measuring location on the disc, keeps constant. This object is achieved by the invention. Surprisingly, it was found that metallic shields the scattering capacity at certain locations of the measuring device minimize.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Capacitance- Voltage-Messung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest einer der Vorrichtungsbestandteile der Sonde, die sich aus Sonde selbst und Sonde beabstandet und Auflageplatte zusammen setzen, eine metallische Abschirmung aufweist.The invention relates to a device for capacitance Voltage measurement, which is characterized in that at least one of the device components of the probe that is made up of Probe itself and probe spaced and support plate together with a metallic shield.

In der Fig. 1 wird eine Vorrichtung zur CV-Messung in einer Schnittansicht dargestellt.In Fig. 1 an apparatus for the CV measurement is shown in a sectional view.

In Fig. 2 wird die Abhängigkeit der Streukapazität vom Durchmesser und der Lage des Si-Wafers gezeigt.In Fig. 2 the dependence of the stray capacitance on the diameter and the position of the Si wafer is shown.

In Fig. 3 wird die Wirkung der Abschirmung gezeigt.The effect of the shielding is shown in FIG .

In Fig. 4 wird die Bedeutung für Rastermessungen an Si-Wa fern gezeigt.In Fig. 4, the meaning for grid measurements on Si-Wa is shown.

Eine Vorrichtung zur CV-Messung ist üblicherweise so aufge baut, daß sie eine Auflageplatte 1 (einen sogenannten Sonden tisch) aufweist, auf die ein Halbleiter-Wafer gelegt werden kann, vorzugsweise ein Si-Wafer. Diese Auflageplatte 1 ist aus einem isolierenden Material, das den Wafer möglichst nicht kontaminiert, wie einem nichtleitenden Kunststoff.A device for CV measurement is usually built up so that it has a support plate 1 (a so-called probe table) on which a semiconductor wafer can be placed, preferably a Si wafer. This support plate 1 is made of an insulating material that does not contaminate the wafer as much as possible, such as a non-conductive plastic.

Unter dieser Auflageplatte 1 befindet sich vorzugsweise eine metallische Abschirmung 10, die vorzugsweise die Form einer Platte hat, vorzugsweise in einer Stärke von 5 mm bis 15 mm, besonders bevorzugt von 8 mm bis 10 mm. In einer Öffnung 6 dieser Auflageplatte 1 befindet sich eine Quecksilber-Meßson de 2, die u. a. aus zwei Quecksilber-Kapillaren 3 aufgebaut ist, wobei die Quecksilberkontakte zur Messung der Kapazität verwendet werden. Diese beiden Quecksilber-Kapillaren 3 sind jeweils vorzugsweise in einem zweiteiligen Gehäuse 7 und 8 aus vorzugsweise Glas untergebracht, das vorzugsweise eine direkte metallische Abschirmung 4 der Meßsonde 2 aufweist, die vor zugsweise eine Stärke von 0.2 mm bis 1 mm, besonders bevorzugt von 0.3 mm bis 0.5 mm, aufweist. Eine Vorrichtung zur Erzeu gung eines Vakuums 5 erzeugt ein Vakuum, das das Quecksilber in den beiden Kapillaren 3 steigen läßt, bis es gasdicht mit dem über den Quecksilber-Kapillaren liegenden Halbleiter-Wafer (nicht gezeigt) Kontakt hat. Des weiteren weist die Vorrich tung zur CV-Messung eine metallische Abschirmung 9 auf, die beabstandet zu der Meßsonde 2 angebracht ist, vorzugsweise je weils senkrecht zu den beiden Kapillaren 3, die die Meßsonde 2 aufweist. Die metallische Abschirmung 9 weist vorzugsweise ei ne Stärke von 2 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 4 mm bis 6 mm auf.Under this support plate 1 there is preferably a metallic shield 10 , which preferably has the shape of a plate, preferably in a thickness of 5 mm to 15 mm, particularly preferably 8 mm to 10 mm. In an opening 6 of this platen 1 there is a mercury Meßson de 2 , which is made up, among other things, of two mercury capillaries 3 , the mercury contacts being used to measure the capacitance. These two mercury capillaries 3 are each preferably housed in a two-part housing 7 and 8 , preferably made of glass, which preferably has a direct metallic shield 4 of the measuring probe 2 , which preferably has a thickness of 0.2 mm to 1 mm, particularly preferably 0.3 mm up to 0.5 mm. A device for generating a vacuum 5 generates a vacuum which allows the mercury in the two capillaries 3 to rise until it has gas-tight contact with the semiconductor wafer (not shown) lying over the mercury capillaries. Furthermore, the Vorrich device for CV measurement has a metallic shield 9 , which is attached at a distance from the measuring probe 2 , preferably each perpendicular to the two capillaries 3 , which the measuring probe 2 has. The metallic shield 9 preferably has a thickness of 2 mm to 10 mm, particularly preferably 4 mm to 6 mm.

Die metallischen Abschirmungen 4, 9 und 10 enthalten vorzugs weise Aluminium, Stahl oder andere elektrischleitende Legie rungen oder Metalle.The metallic shields 4 , 9 and 10 preferably contain aluminum, steel or other electrically conductive alloys or metals.

Die metallischen Abschirmungen 4, 9 oder 10 reduzieren bereits die Streukapazität, wenn jede metallische Abschirmung für sich allein verwendet wird, wobei eine besonders hohe Minimierung der Streukapazität eintritt, wenn die Auflageplatte 1 mit ei ner metallischen Abschirmung 10 versehen ist. Die beste Wir kung bei der Minimierung der Streukapazität tritt ein, wenn sowohl die Auflageplatte 1, die Sonde selbst und die Sonde be abstandet eine metallische Abschirmung aufweisen.The metallic shields 4 , 9 or 10 already reduce the stray capacitance when each metallic shield is used on its own, with a particularly high minimization of the stray capacitance when the platen 1 is provided with a metallic shield 10 . The best effect in minimizing the stray capacitance occurs when both the platen 1 , the probe itself and the probe are spaced apart by a metallic shield.

Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren zur Abschirmung der Capacitance-Voltage-Messung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest für einen der Vorrichtungsbestandteile, die sich aus Sonde selbst und Sonde beabstandet und Auflageplatte zu sammensetzen, eine metallische Abschirmung verwendet wird. Be vorzugt ist es, daß für alle Vorrichtungsbestandteile eine me tallische Abschirmung verwendet wird, wobei bevorzugt eine Ab schirmung aus Aluminium verwendet wird. Ansonsten gelten die oben angeführten Definitionen in Bezug auf die verwendete er findungsgemäße Vorrichtung. Another subject is a method of shielding the Capacitance voltage measurement, which is characterized in that at least for one of the device components that are from probe itself and probe spaced and support plate too assemble, a metallic shield is used. Be it is preferred that a me for all device components metallic shielding is used, preferably an Ab shielding made of aluminum is used. Otherwise the apply above definitions related to the he used device according to the invention.

In Fig. 2 wird die Abhängigkeit der Streukapazität vom Durch messer und der Lage des Si-Wafers gezeigt. Die käuflich er hältlichen Quecksilber-CV-Sonden der Firmen MSI electronics Inc., 57th Street, Woodside, NY11377, USA und MDC Materials Development (Corp.) S.A., CH-1213 Petit-Lancy/Geneva, Schweiz enthalten keinerlei Abschirmung und haben daher eine hohe Streukapazität, die stark vom Durchmesser und der Lage des Si-Wafers abhängt.In Fig. 2 the dependence of the stray capacitance is shown by the diameter and the position of the Si wafer. The commercially available mercury CV probes from MSI electronics Inc., 57th Street, Woodside, NY11377, USA and MDC Materials Development (Corp.) SA, CH-1213 Petit-Lancy / Geneva, Switzerland do not contain any shielding and therefore have a high stray capacitance, which strongly depends on the diameter and the position of the Si wafer.

Fig. 3 zeigt die Wirkung der Abschirmung, jedoch ohne Ab schirmung der Sonde, so daß noch eine Abhängigkeit bei Schei bendurchmessern von unterhalb 35 mm auftrat. Fig. 3 shows the effect of the shielding, but without shielding the probe, so that a dependency on disc diameters of less than 35 mm occurred.

Fig. 4 zeigt die Wirkung der Abschirmung für Rastermessungen an Wafern. Ab einer Position ca. 30 mm vom Scheibenrand erge ben sich Abweichungen zwischen dem wahren Dotierstoffverlauf (Erfindung) und dem mit einer käuflich erhältlichen MSI-Sonde (MSI electronics Inc., 57th Street, Woodside NY11377, USA). Fig. 4 shows the effect of shielding for grid measurements on wafers. From a position approx. 30 mm from the edge of the pane, there are deviations between the true dopant course (invention) and that with a commercially available MSI probe (MSI electronics Inc., 57th Street, Woodside NY11377, USA).

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß die Ge nauigkeit und Reproduzierbarkeit der CV-Messung erheblich ge steigert wird. Damit ist die Messung der Dotierstoffkonzentra tion unabhängig von der Größe und Lage des Wafers auf der Meß sonde möglich. Hiermit sind genaue Rastermessungen bis zum 3 mm-Randpunkt auf dem Wafer möglich. Dies wurde überraschend durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich.The advantage of the device according to the invention is that the Ge accuracy and reproducibility of the CV measurement considerably is increased. This is the measurement of the dopant concentration tion regardless of the size and location of the wafer on the measurement probe possible. Herewith are exact grid measurements up to 3 mm edge point possible on the wafer. This was surprising possible by the device according to the invention.

Claims

1. Device of the capacitance-voltage measurement, characterized in that at least one of the Vorrichtungsbesteltei le, which is spaced apart from the probe itself and the probe and geplate Aufla, has a metallic shield.

2. Device of the capacitance voltage measurement according to An Proof 1, characterized in that all devices components have a metallic shield.

3. Device of the capacitance voltage measurement according to claim 1 or 2, characterized in that the metallic shield mung contains aluminum.

4. method for shielding the capacitance voltage measurement, characterized in that at least for one of the Vorrich tion components that are made up of the probe itself and the probe stands and put together platen, a metallic Ab shielding is used.

5. A method for shielding the CV measurement according to claim 4, characterized in that for all device components a metallic shield is used.

6. Procedure for shielding the capacitance voltage measurement according to claim 4 or 5, characterized in that for the metallic shielding aluminum is used.