DE2223922A1

DE2223922A1 - Kontaktvorrichtung

Info

Publication number: DE2223922A1
Application number: DE19722223922
Authority: DE
Inventors: Petrus Johannes Wilhelmus; Vermeulen Gerard; Poodt Gerardus Johannes Maria; Eindhoven Severin (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-05-19
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1972-11-30
Also published as: US3794912A; JPS483083A; DE2223922C2; JPS5311194B1; FR2138149A1; NL7106853A; GB1385977A; FR2138149B1

Description

GÜNTHER M. DAVID

Anmelder: K. V,'"' . ;;.. .. ; - //^!

···■-·· PHN- 5617
AnKici^:·.- ■..-.-- 15. Mai 1972

"Kontaktvorrichtung".

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktvorrichtung für ein Instrument zur elektrischen Messung physikalischer Eigenschaften eines Körpers, insbesondere eines Halbleiterkörpers. Die Erfindung bezieht sich ausserdem auf ein Verfahren zur Bestimmung einer physikalischen Grosse eines Halbleiterkörpers.

Bei einer derartigen Vorrichtung, die u.a. beim Messen des spezifischen Widerstandes, bzw. des Schichtwiderstandes, des Streuwiderstandes oder für Kapazitätsmessung verwendet wird, werden im allgemeinen Metallstifte verwendet, die gegen den Halbleiterkörper gedrückt¹ werden} für Kapazi-

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tätsmessung werden ausserdem definierte Kontaktstellen angebracht, beispieleweise durch Aufdampfen von Metall. Bei Verwendung von Stiften, beispielsweise aus Wolframkarbid oder Stahl, tritt Beschädigung des Halbleiterkörpers auf. Wei"fcer ist die Grosse der Berührungsoberfläche zwischen dem Stift und dem Halbleiterkörper nicht genau bekannt einerseits infolge des Verschleisses des Stiftes und 'andererseits durch ein gewisses Ausmass an Rauhigkeit, welche die Oberfläche des Halbleiterkörpers immer aufweist. Bei Kapazitäts- und Spannungsabmessungen tritt weiter der Nachteil auf, dass das Anbringen der Metallkontakte durch Aufdampfen zeitraubend ist.

Es ist zum Messen des spezifischen Widerstandes oder des Schichtwiderstandes bekannt, eine Vierpunktmessung durchzuführen, wobei eine Kontaktvorrichtung verwendet wird, die aus vier Kapillarröhrchen besteht, die an einem Träger aus Isoliermaterial festgeleimt und mit Quecksilber dessen konvexer Meniskus aus den Röhrchen herausragt, gefüllt sind. Das Quecksilber berührende Kupferdrähtchen führen zu einem Messinstrument. Bei dieser Kontaktvorrichtung kann trotz der Verwendung von Quecksilber noch Beschädigung des Halbleiterkörpers auftreten, da die Kapillarröhrchen fest gegen den Halbleiterkörper gedrückt werden müssen. Diese Vorrichtung weist weiter die Nachteile auf, dass die Berührungsoberfläche nicht deutlich bestimmt ist, der Quecksilbermeniskus schnell verunreinigt wird und dass es bei geringfügigem Quecksilberverlust keinen Kontakt mehr

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Die Erfindung bezweckt, eine Kontaktvorrichtung für ein Instrument zur elektrischen Messung physikalischer Eigenschaften eines Halbleiterkörpers zu schaffen, wobei eine Beschädigung de:e Oberfläche des Halbleiterkörpers mit Gewissheit vermieden wird, die Kontaktoberfläche sehr genau bestimmt und die Wirkungsweise äusserst einfach ist. Dazu enthält nach der Erfindung die Vorrichtung einen Isolierblock mit einer ebenen oberen Fläche, die einen Liegeplatz für den Körper bildet, in welchem mindestens ein Kanal vorhanden ist, der in die obere Fläche mündet und dessen Mündung eine Konstaktstelle bildet, während im Block ein mit dem Kanal verbundener Vorratsbehälter für eine elektrisch leitende Flüssigkeit, wie Quecksilber vorhanden ist, welcher einen Anschluss für ein Gas unter Druck hat, um die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter durch den Kanal zur Konstaktsteile zu drücken, während durch den Block ein elektrischer Leiter hindurchgeführt ist, dessen eines Ende die Flüssigkeit berührt und dessen anderes Ende mit dem Messinstrument verbincbar ist.

Der Halbleiterkörper, der beispielsweise die Form einer flachen Scheibe hat, kann auf die obere Fläche des beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Blocks gelegt werden, wobei keine Beschädigung der Scheibe auftreten kann. Der Halbleiterkörper kann an der Rückseite, an der im allgemeinen keine Diffusionen durchgeführt werden angedrückt werden; gegebenenfalls kann dort mit Hilfe

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eines Metallstiftes ein weiterer elektrischer Kontakt hergestellt werden. Eine etwaige geringe Beschädigung dieser Rückseite ist für die gute Wirkung der herzustellenden Halbleiteranordnung unwichtig· Die Kontaktstelle, welche die Flüssigkeit, wie Quecksilber, mit dem Halbleiterkörper bildet hat eine sehr genau definierte Oberfläche, nämlich gerade der Querschnitt der Mündung des Kanals an der oberen Fläche. Das Quecksilber kann auf einfache Weise mit Hilfe von beispielsweise Luft unter Druck in den Kanal gedruckt werden und die Halbleiterscheibe kontaktieren. Nachdem die Flüssigkeit wieder in den Behälter zurückgegangen ist, braucht eine Verunreinigung des Quecksilbers nicht befürchtet zu werden. Die Kontaktvorrichtung ist äusserst einfach bedienbar und arbeitet schnell.

Bei einer Ausführungsform, die sich insbesondere zur Kapazitäts- und Spannungsmessung oder zum Messen des Streuwiderstandes eines Halbleiterkörpers eignet, ist die Vorrichtung mit mindestens einem Kontaktstift versehen, der an einem Arm befestigt und mit Hilfe einer Feder unter einem zuvor einstellbaren Druck in der Richtung der oberen Fläche des Blocks beweglich und mit einem Anschlussleiter versehen ist. Dabei kann der Kontaktstift auf einfache Weise mit Hilfe eines Nockens, der auf den Arm einwirkt, in die Messlage gebracht und aus derselben entfernt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform, die sich insbesondere zur Messung des spezifischen Widerstandes des Halbleitermaterials mittels einer Vierpunktmessung oder zur

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Streuwiderstandsmessung eignet, sind im Block mehrere Kanäle vorhanden, deren in die obere Fläche mündende Kontaktstellen in einem untereinander genau bestimmten Abstand liegen, wobei jeder Kanal mit einem gesonderten Vorratsbehälter verbunden ist und jeder Vorratsbehälter einen Anschluss hat, wobei die Anschlüsse mit nur einer Quelle eines Gases unter Druck verbindbar sind, während zu jedem der Kanäle oder Behälter ein elektrischer. Leiter führt, der mit dem Messinstrument verbindbar ist. Auf diese Weise ist eine äusserst genau funktionierende und in konstruktiver Hinsicht äusserst einfache Kontaktvorrichtung erhalten worden.

Bei einer weiteren in konstruktiver Hinsicht etwas anderen Ausführungsform sind im Block mehrere Kanäle vorhanden, deren in die obere Fläche mündende Kontaktstellen in einem untereinander genau bestimmten Abstand liegen wobei die Kanäle mit nur einem sich in Querrichtung der Kanäle erstreckenden Vorratsbehälter verbunden sind, dessen Inhalt grosser ist als der Gesamt inhalt ..der Kanäle und wobei durch Kippen des Blocks eine leitende Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in die Kanäle und aus denselben gelangen kann, wobei der Vorratsbehälter einen Anschluss hat, der mit einer Quelle eines Gases unter Druck verbindbar ist, während zu jedem der Kanäle ein elektrischer Leiter führt, der mit einem Messinstrument verbindbar ist.

Mit Vorteil kann bei diesen Anordnungen die obere Fläche des Blocks durch eine dünne Platte gebildet werden.

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wobei die Enden der Kanäle aus in der Platte vorhandenen Bohrungen bestehen, welche die Kontaktstellen bilden. Die Kontaktstellen können so leicht äusserst genau gegeneinander positioniert werden, wobei auch praktisch jede gewünschte Grosse des Querschnittes der Kontaktstellen verwirklich— bar ist.

Mit Vorteil kann eine Kontaktvorrichtung nach der Erfindung zur Bestimmung einer physikalischen Grosse einer Halbleiterschicht aus beispielsweise Galliumarsenid oder aus Silizium verwendet werden, insbesondere wenn diese Schich+ den Ausgangshalbleiterkörper bildet; dies gilt z.B. für die Herstellung einer Halbleiteranordnung, wie beispielsweise einer integrierten Schaltung, bei der meistens ein Halbleiterkörper mit einem Halbleitersubstrat und einer auf dem Substrat angeordneten halbleitenden Epitaxialschicht verwendet wird, in der durch übliche Bearbeitungen, z.B. Diffusion von Verunreinigungen, Schaltungselemente angeordnet werden.

Dabei ist es zur Erhaltung einer Halbleiteranordnung mit den gewünschten elektrischen Eigenschaften von Bedeutung, dass eine oder mehrere Eigenschaften der Epitaxialschicht, wie die Dicke und/oder die Verunreinigungskonzentration innerhalb einer zuvor gestellten Toleranz liegen, deren Grosse von den an die herzustellende Halbleiteranordnung zu stellenden Anforderungen abhängig ist.

Gemäss einem bekannten zerstörungsfreien Verfahren zur Bestimmung einer oder mehrerer Grossen einer auf einem Substrat angeordneten Epitaxialschicht wird während

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des Wachsvorganges der Epitaxialschicht ein Probekörper mit dein Substrat mitgeführt, auf¹ dem unter gleichen Umstanden eine Epitaxialschicht angeordnet wird» die als Mass fur die auf dem Substrat angeordnete Epitaxialschicht verwendet wird.

Durch Verwendung eindr erfindungsgemassen Kontaktvorrichtung ist es jedoch möglich, eine genaue und zerstörungsfreie Messung an der auf dem Substrat angeordneten Epitaxialschicht selbst durchzuführen, bevor der Halbleiterkörper den üblichen Bearbeitungen, wie beispielsweise dem Anbringen der diffundierten Zonen, ausgesetzt wird.

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung einer physikalischen Grosse einer Halbleiterschicht dadurch gekennzeichnet, dass eine bereits beschriebene Kontaktvorrichtung verwendet wird, mit mindestens einem in Richtung des Blocks beweglichen Kontaktstift und dass das Quecksilber mit der Schicht in Berührung gebracht wird, wodurch eine gleichrichtender Übergang gebildet wird, dessen Kapazität ein Mass für die zu bestimmende Grosse ist und dass die gegenüberliegende Oberfläche der Schicht mit dem Kontaktstift in elektrischen Kontakt gebracht wird und die Kapazität des gleichrichtenden tJberganges durch Messung der Kapazität zwischen dem Quecksilber und dem Kontaktstift bestimmt wird und dass aus dem erhaltenen Resultat die genannte Grosse bestimmt wird .

Durch Anwendung dieses Verfahrens ist es möglich,

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auf einfache und schnelle Weise Grossen wie beispielsweise die Verunreinigungskonzentration und/oder die Dicke beispielsweise einer Epitaxialschicht genau zu bestimmen» wie dies noch näher aus der Beschreibung hervorgehen wird. Das Verfahren lässt sich mit Vorteil zur Erhaltung einer mit einem oder mehreren physikalischen Grossen der Ep"itaxialschicht zusammenhängenden Grosse, wie beispielsweise der genannten Kapazität, die beim Selektieren einer Vielzahl von Halbleiterkörpern mit einer zuvor festgestellten Norm verglichen werden kann, anwenden, was insbesondere bei der Herstellung von umfangreichen Stückzahlen von Halbleitefanordnungen kostensparend sein kann.

Das Verfahren lässt sich mit Vorteil zur Bestimmung einer physikalischen Grosse einer aus Galliumarsenid bestehenden Schicht anwenden.

Die Erfindung ist -weiter mit Vorteil anwendbar zur Bestimmung einer Grosse einer Epitaxialschicht des einen Leitfähigkeitstyps, die auf einem Substrat des anderen Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei der Kontaktstift mit dem Substrat in Berührung gebracht wird.

Eine bevorzugte Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemässen Verfahrens ist jedoch auch dann gegeben, wenn die Halbleiterschicht durch eine Epitaxialschicht des einen Leitfähigkeitstyps gebildet wird, die auf einem Substrat desselben Leitfähigkeitstyps angeordnet ist.

In diesem Fall., wird, insbesondere wenn das Substrat niederohmig ist, die Impedanz zwischen dem Quecksilber und dem Kontaktstift hauptsächlich durch die Kapazität am gleichrichtenden Übergang bestimmt, wodurch genaue

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Messungen auf sehr einfache ¥eise durchgeführt werden können.

In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemessen Verfahrens wird an den gleichrichtenden Übergang eine Spannung in Sperrichtung angelegt, wodurch in der Epitaxialschicht eine Erschöpfungsschicht gebildet wird, deren Tiefe durch die Spannung und die Verunreinigungskonzentration in der Epitaxialschicht bestimmt wird.

Diese Erschöpfungsschicht kann betrachtet werden als das Dielektrikum eines Kondensators, dessen eine Platte durch den ifuecksilberkontakt und dessen andere Platte durch den die Erschöpfungsschicht umgebenden Teil des Halbleiterkörpers gebildet wird und wobei auf diese Weise die Kapazität durch die Tiefe der Erschöpfungsschicht und durch die Grosse der Oberfläche des Quecksilberkontaktes bestimmt wird.

Mit Hilfe des Zusammenhangs zwischen der Kapazität, der Spannung am gleichrichtenden Übergang, der Verunreinigungskonzentration und dem Abstand zwischen dem Rand der Erschöpfungsschicht und der Oberfläche der Schicht kann dann eine Information in bezug auf beispielsweise die Verunreinigungskonzentration in Abhängigkeit vom Abstand zur Oberfläche oder in bezug auf die Dicke der Epitaxialschicht erhalten werden.

Das Verfahren lässt sich insbesondere mit Vorteil anwenden zur Bestimmung der Dicke äusserst dünner Epitaxialschichten, d.h. Schichten, deren Dicke höchstens einige

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/am beträgt.

Die Sperrspannung am gleichrichtenden Übergang kann gesteigert werden, bis die Durchschlagspannung erreicht wird, die hauptsächlich durch die Verunreinigungskonzentration in der Epitaxialschicht bestimmt wird.

IDalls der Halbleiterkörper oder die Epitaxialschicht aus η-leitendem Silizium besteht, kann zur Erhaltung eines Schottky-artigen gleichrichtenden Übergangs mit Vorteil eine Oxidschicht von einigen zehn A Dicke auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers oder der Epitaxialschicht angebracht werden, beispielsweise mittels siedender Salpetersäure, bevor, die Metssung durchgeführt wird.

Mit Vorteil jedoch kann die erfindungsgemässe Kontaktvorrichtung auch zur Bestimmung des spezifischen Widerstandes oder einer damit zusammenhängenden Grosse einer Halbleiterschicht aus η-leitendem Silizium verwendet werden, wobei die Halbleiterschicht vor der Messung einer Oxidationsbehandlung ausgesetzt wird, wodurch auf der Oberfläche der Schicht eine dünne Oxidschicht gebildet wird, die durch eine .Ätzbehandlung danach entfernt wird; danach wird die Schicht mit drei Elektroden in elektrischen Kontakt gebracht, von denen mindestens eine durch Quecksilber gebildet wird, das an der Stelle der genannten Oberfläche mit der Schicht in Kontakt gebracht wird, wobei zwischen dem Quecksilber und der einen der beiden restlichen Elektroden ein Strom geführt wird, und zwischen dem Quecksilber und der anderen der beiden Elektroden die Spannung und aus

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den Ergebnissen der spezifische Widerstand oder eine damit zusammenhängende Grosse bestimmt wird.

Durch die Oxidations- bzw. Ätzbehandlung wird erreicht, dass der Kontakt zwischen dem Quecksilber und dem Halbleitermaterial in ausreichendem Masse niederohraig ist fur eine derartige Messung, wie beispielsweise fur eine Streuwiderstandsmessung.

Die Messung kann auf übliche Weise durchgeführt werden, vorzugsweise mit Hilfe zweier weiterer Elektroden, wobei mit Hilfe einer dieser Elektroden ein Strom geführt wird durch den Kontakt und durch die Schicht, und wobei mit Hilfe der anderen Elektrode der durch diesen Strom verursachte Potentialunterschied zwischen dem Quecksilber und der Schicht bestimmt wird.

Dabei kann, wenn der Halbleiterkörper beispielsweise völlig aus η-leitendem Silizium besteht, eine Kontaktvorrichtung nach der Erfindung verwendet werden, die nur einen Kanal aufweist und die mit zwei Kontaktstiften versehen ist, welche gegen die Rückseite des Halbleiterkörperβ gedrückt werden und die genannten weiteren Elektroden bilden. In dem Fall jedoch, wo die Schicht durch beispielsweise eine η-leitende Epitaxialschicht gebildet wird, die auf einem p-leitenden Substrat angeordnet ist, kann mit Vorteil eine Kontaktvorrichtung verwendet werden, die mindestens zwei weitere Kanäle enthält, wobei das in diesen weiteren Kanälen vorhandene Quecksilber die genannten weiteren Elektroden bildet, die mit der Oberfläche der Epitaxialschicht in

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elektrischen Kontakt gebracht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschriebenT Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Kontaktvorri chtung,

Fig. 2 eine Ausführungsform for beispielsweise Kapazitäts-Spannungsabmessung oder zum Messen eines Streuwiderstandes .

Fig. 3 eine Ausführungsform für Vierpunktmessung,

Fig. h *ine weitere Ausführungsform für Vierpunktmessung ,

Fig. 5 eine Kontaktvorrichtung für Vierpunktmessung, wobei die Kontaktstellen in einer dünnen Platte gebildet sind,

Fig. 6 eine Darstellung in vergrössertem Masstab eines Teils der Kontaktvorrichtung nach Fig. 2 beim Messen einer physikalischen Grosse.

Fig. 7 eine graphische Darstellung einer Verunreinigungskonzentration als Funktion der Tiefe der Epitaxialschicht, gemessen unter Verwendung der Kontaktvorrichtung,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsföum zur Verwendung einer Kontaktvorrichtung nach der Erfindung»

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Kontaktvorrichtung besteht im Grunde aus einem Block 1 aus Isoliermaterial, wie Kunststoff, in der Bohrungen vorhanden sind. Im Block 1 ist ein Kanal 2 vorgesehen, dessen eines Ende in

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die obere Fläche 3 mündet und dessen anderes Ende sich an einen Vorratsbehälter h für eine elektrisch leitende Flüssigkeit, wie Quecksilber,anschliesst. Vom Vorratsbehälter h geht eine Leitung 5 ^zu einem Anschluss 6, der mit einem Schlauch verbindbar ist durch den ein Gas, wie Luft, unter Druck zugeführt werden kann. Im Block 1 befindet sich ein Bolzen 7» der sich an die leitende Flüssigkeit anschliesst und eine elektrische Verbindung nach aussen bildet.

Wenn dem Anschluss 6 Gas unter Druck zugeführt wird, wird die im Behälter h vorhandene Flüssigkeit in Richtung des Kanals 2 gedrückt. Die Flüssigkeit berührt dabei einen auf die obere Fläche 3 gelegten Körper, wie eine Halbleiterscheibe, und bildet mit der Halbleiterscheibe einen elektrischen Kontakt. Dieser Kontakt ist zerstörungsfrei. Die Grosse der Berührungsoberflache, die für Messungen oft sehr wichting sein kann, ist genau bestimmt; die Grosse entspricht nämlich dem Austrittsquerschnitt des Kanals 2.

Der Block 1 kann aus nur einem Teil bestehen wobei beispielsweise der Behälter k durch eine Bohrung von einer Seite gebildet wird, wobei die Bohrung in der Nähe dieser Seite wieder abgedichtet wird. Auch kann der Block 1 aus zwei oder mehreren Teilen aufgebaut werden, in denen die Bohrungen auf einfache Weise angebracht werden können, wobei die Teile beispielsweise durch Verleimung wieder miteinander verbunden werden können. Die Bohrungen im Block 1 können auch anders verlaufen als dargestellt ist. So ist es nämlich nicht notwendig, dass die Leitung

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in die obere Fläche 3 mündet.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer

Kontaktvorrichtung, die insbesondere zur Kapazitätspannungsmessung geeignet ist oder zum Messen des Streuwiderstandes eines Halbleiterkörpers. Auf der oberen Fläche 3 des * Blocks 1, der ausgebildet ist, wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine Scheibe 8 aus Halbleitermaterial angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Block 1 in einen metallenen schachteiförmigen Behälter 9 gestellt und ruht auf am Boden des Behälters befestigten Stützen 10. Ein Arm 11 ist um eine Achse 12 schwenkbar gelagert, die Achse 12 ist in in den Seitenwänden des Behälters befestigten Lagerblöckchen 13 aufgenommen. Der Arm 11 ist mit einem Messtift 14 versehen, an dem ein elektrisch leitender Draht befestigt ist. Der Stift λΚ wird mittels einer Feder 15, deren Unterseite an einer Unterstützung 16 und deren Oberseite an einer öse eines mit Gewinde versehenen Stiftes 17 befestigt ist, in Richtung der Halbleiterscheibe gezogen. Der Stift 17 ist durch eine Bohrung im Arm 11 hin— durchgeführt. Mit Hilfe einer Mutter 18 ist die Grosse der Federkraft einstellbar. Ein Nocken 19t ^{der m:}*·* Hilfe einer in den Seitenwänden des Behälters 9 gelagerten Achse 20 drehbar ist, kann den Arm 11 in die Messlage bringen und aus derselben entfernen. Am Bolzen 7 ist ebenfalls ein elektrisch leitender Draht befestigt, der ebenso wie der Draht am Messtift 14 zu einem Messinstrument führt. Es ist auch möglich, am Arm 11 mehrere Messpunkte anzubringen.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Kontakt-

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vorrichtung, die zum Bestimmen des spezifischen Widerstandes eines Halbleiterkörpers mittels einer Vierpunktmessung oder zur Streuwiderstandsmessung geeignet ist. Der Block 21 ist mit vier Kanälen 22 versehen, deren in die obere Fläche 23 mündende Enden in einem untereinander genau bestimmten Abstand liegen, wie dies bei Vierpunktmessung erwünscht ist. Die Kanäle 22 sind mit ihrem anderen Ende an einen Vorratsbehälter Zh angeschlossen und von hier laufen Leitungen 25 zu einem Anschlusselement 26. Am Anschlusselement 26 gibt es eine Anzapfung 28 zum Zuführen eines Gases unter Druck. Die Bolzen 27 bilden die elektrischen Anschlusspunkte für das Messinstrument. Wenn Gas unter Druck über die Anzapfung 28 des Anschlusselementes 26 zugeführt wird, wird aus dem Vorratsbehälter Zh gleichzeitig elektrisch leitende Flüssigkeit in die vier Kanäle 22 gedruckt, bis die Flüssigkeit einen auf der oberen Fläche 23 liegenden Halbleiterkörper berührt. Eine auch nur geringfügige Beschädigung tritt beim Kontaktieren nicht auf, während die Messung schnell und auf einfache Weise durchgeführt werden kann. Zur Bestimmung eines StreuwiderStandes sind nur drei Kontakte erforderlich, so dass dann eine Vorrichtung mit drei Kanälen 22 ausreichen würde.

Fig. h zeigt einen Querschnitt einer Kontaktvorrichtung für einen ähnlichen Zweck wie die Vorrichtung nach Fig. 3» aber mit einer in konstruktiver Hinsicht etwas abweichenden Ausführung. Im Block 30 sind wieder, ebenso wie bei der Ausführung nach Fig. 3, eine Anzahl KanSle vorgesehen, die sich nun jedoch an einen einzigen Vorrats-

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behälter 32 anschliessen. Der Vorratsbehälter 32 ist beispielsweise zylinderfSrmig ausgebildet, wobei die Mittellinie des Zylinders sich parallel zu einer Linie durch die Kanäle 31 erstrecken kann, in Fig. k also senkrecht zur Zeichenebene. Vom Vorratsbehälter 32 erstreckt sich eine Leitung 33 zu einem Anschluss 3^ für eine Quelle von Gas unter Druck. Weiter sind, wie in Fig. 3» elektrisch leitende Bolzen 35 vorhanden, die als Anschlussleiter dienen.

Der Vorratsbehälter 3² hat einen Inhalt, der grosser ist als der Gesamtinhalt der Kanäle 31 und ist beispielsweise zu etwa der Hälfte mit Quecksilber gefüllt. Nachdem eine Halbleiterscheibe auf die obere Fläche des Blocks 30 über die Mündungen der Kanäle 31 gelegt und dort mit nicht dargestellten Mitteln vorübergehend befestigt ist, wird der Block 30 um 90° gedreht. Die Kanäle 31 gelangen dabei unter den Behälter 32, so dass Quecksilber in die Kanäle 31 füesst. Nun wird Gas unter Druck über den Anschluss 34 zugeführt, so dass das Gas die Kanäle 31 völlig mit Quecksilber füllt, das die Halbleiterscheibe berührt. Danach wird der Block 30 wieder in die in Fig. k dargestellte Lage gebracht unter Beibehaltung der Gaszufuhr. Das noch im Vorratsbehälter 32 vorhandene Quecksilber gelangt nun wieder in die dargestellte Lage, wobei der Pegel unterhalb der Eintrittsöffnung der Kanäle 31 liegt. Die Quecksilbersäulen in den Kanälen 31 sind dadurch also elektrisch voneinander getrennt und nach Verbindung der Kontaktbolzen 35 mit der Messanordnung kann die Messung durchgeführt werden.

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Fig. 5 zeigt, wie die Lage der Kontaktstellen auf eindeutige und sehr einfache Weise definiert werden kann. Die obere Seite des Blocks wird hier durch eine dünne Platte 36 gebildet, in der Kanälchen 37 gebohrt sind. Die Kanäle 38 brauchen nun nicht genau angebracht zu werden und können einen verhältnismässig grossen Durchmesser haben, was die Herstellung vereinfacht. Die Form der Kanälchen braucht nicht zylinderförmig zu sein, sie darf beispielsweise auch kegelförmig sein.

Nun wird an Hand der Fig. 6 und 7 eine Arbeitsweise zur Bestimmung einer physikalischen Grosse eines Halbleiterkörpers 50 mit Hilfe einer Kontaktvorrichtung nach der Erfindung näher beschrieben.

Der Halbleiterkörper $0 wird dabei durch ein Substrat 52 und eine auf dem Substrat 52 angeordnete Epitaxialschicht 51 gebildet, von welcher durch Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung die Verunreinigungskonzentration in Abhängigkeit vom Abstand von der Oberfläche bestimmt wird.

Dabei wird eine bereits an Hand der Fig. 2 beschriebene Kontaktvorrichtung verwendet, wobei das Quecksilber mit der Epitaxialschicht 5I iⁿ Kontakt gebracht wird, wodurch ein Schottky-artiger gleichrichtender Übergang gebildet wird, dessen Kapazität ein Mass für die zu messende Grosse ist.

Die sich in der Epitaxialschicht 51 erstreckende Erschöpfungsschicht 53 des Überganges ist in Fig. 6 durch gestrichelte Linien angedeutet.

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1R

Das Substrat 52 wird mit dem Kontaktstift 14 in Kontakt gebracht, wonach durch Messung der Kapazität zwischen dem Kontaktstift 14 und dem Quecksilber die Kapazität am gleichrichtenden Übergang bestimmt und aus dem erhaltenen Resultat die genannte Grosse der Epitaxialschicht 51 bestimmt wird.

Das Substrat 52 und die Epitaxialschicht "f« 1 sind im betreffenden Ausführungsbeispiel von demselben Lpitfähigkeitstyp, wodurch die Kapazität zwischen dem Kontaktstift 14 und de« Quecksilber der Kapazität am gleichri<-htonc'en Übergang praktisch entspricht.

Das Verfahren wird durchgeführt, nachdem dpr Halbleiterkörper einer genormten Ätzbehandlung und Oxidationsbehandlung ausgesetzt wurde, wodurch auf der Oberfläche der Epitaxialschicht eine Oxidschicht von einigen zehn Angstrom gebildet wird, was, wie sich herausgestellt hat, dip Pildung eines Schottky-artigen Überganges zwischen dem Quecksilber und dem η-leitenden Silizium ermöglicht. Die Oxidschicht die in Fig. 6 nicht angegeben ist, ist so dünn, dass die dadurch verursachte Kapazität gegenüber der Kapazität des gleichrichtenden Überganges vernachlässigt werden kann.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein

Halbleiterkörper 50 verwendet mit einem η-leitenden Substrat 52, dessen· Dicke etwa 250 /um und dessen spezifischer Widerstand etwa 0,01 Ohm.cm beträgt und mit einer hochohmigen η-leitenden Epitaxialschicht 51 ι deren Dicke etwa 5/um und deren spezifischer Widerstand etwa 5 Ohm.cm beträgt.

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Es sei bemerkt, dass der spezifische Widerstand des Substrates 52 so niedrig ist, dass der Widerstand, durch das Substrat vernachlässigt werden darf.

Die Quecksilberelektrode 2 und der Kontaktstift 1Λ werden an eine Spannungsquelle angeschlossen, mit deren Hilfe die Tiefe der Erschöpfungsschicht 53 über die ganze Dicke der Epitaxialschicht 51 geändert werden kann. Gleichzeitig wird mit Hilfe einer Wechselspannung mit einer Frequenz von beispielsweise 1 MHz die Kapazität am Übergang bestimmt.

In Fig. 7 wird auf graphische Weise die erhaltene Verunreinigungskonzentration als Funktion des Abstandes d von der Oberfläche dargestellt.

Es stellt sich heraus, dass die Verunreinigungskonzentration in der Epitaxialschicht vom Abstand d von /der Oberfläche praktisch unabhängig ist. Ausserdem kann· aus dem noch scharfen Übergang zwischen der Konzentration in der Schicht und der im Substrat ziemlich genau die Dicke der Schicht bestimmt werden.

An Hand der Fig. 8 wird nun ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Bestimmung des spezifischen Widerstandes einer Halbleiterschicht 60 aus η-leitendem Silizium näher beschrieben.

Dabei wird dieselbe Kontaktvorrichtung verwendet, wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel und diese ist daher nur auf sehematische Weise durch die Pfeile 2, 14 und i4a angedeutet, welche eine Quecksilberelektrode 2 und zwei Kontaktstifte (ik und i4a) darstellen.

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Die Halbleiterschicht 6o wird bevor die Messung durchgeführt wird, einer Oxidationsbehandlung ausgesetzt, wodurch auf der Oberfläche 67 der Halbleiterschicht 60 eine Oxidschicht gebildet wird, die danach durch eine Ätzbehandlung wieder entfernt wird.

Die Schicht wird danach mit drei Elektroden (2, 14 und i4a) in Kontakt gebracht, von welchen mindestens eine aus Quecksilber (2) besteht, das an der Stelle der Oberfläche 67 mit der Schicht 60 kontaktiert wird.

Zwischen der Quecksilberelektrode (2) und einer der weiteren Elektroden (14) flieset ein Strom bekannter Stärke und zwischen der Quecksilberelektrode (2) und der anderen Elektrode (i4a) wird die zu diesem Strom gehörende Spannung bestimmt.

Aus den Ergebnissen wird dann der spezifische Widerstand oder eine damit zusammenhängende Grosse bestimmt ·

Die Halbleiterschicht 60 wird im betreffenden Ausfuhrungsbeispiel in eine warme Lösung aus Salpetersäure oder Wasserstoffperoxid getaucht, wodurch eine dünne Schicht Halbleitermaterial in eine Oxidschicht, z.B. Siliziumoxid, umgewandelt wird, die danach durch Ätzen entfernt wird.

Danach wird vorzugsweise innerhalb einiger Minuten nach der genannten Ätzbehandlung das Quecksilber mit der auf obengenannte Weise behandelten Oberfläche 67 der Schicht 60 in Kontakt gebracht, wobei der Kontakt zwischen dem Quecksilber und der Schicht 60 genügend niederohmig ist, um eine derartige Widerstandsmessung durchführen zu können.

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Die Schicht 60 wird ausserdera an der gegenüberliegende Oberfläche mit den metallenen Kontaktstiften 14 und i4a in Kontakt gebracht.

Zwischen der Quecksilberelektrode 2 und dem Kontaktstift 1^ wird eine Stromquelle 61 angeschlossen, wodurch ein Strom durch die Schicht 60 geführt werden kann. Die Grosse dieses Stromes kann mit Hilfe eines in den Stromkreis aufgenommenen bekannten Widerstandes 62 bestimmt werden und durch Bestimmung der Spannung am Widerstand

62 an den Klemmen 68 und 69 mit Hilfe einer Vorrichtung

63 zur Bestimmung von Spannungen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Klemmen 68 und 69 an den Y-Eingang eines ' XY-Oszilloskops angeschlossen, wobei gewünschtenfalls vor dem Oszilloskop noch ein Differenzverstärker angeordnet werden kann.

Der durch den Strom erzeugte Spannungsunterschied an der Schicht 60 wird an den Klemmen 6k und 65 bestimmt und zwar dadurch, dass diese Klemmen mit dem X-Eingang des XY-Oszilloskops verbunden werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE;

M ·/ Kontaktvorrichtung für ein Instrument zur elektrischen Messung physikalischer Eigenschaften eines Körpers, insbesondere eines Halbleiterkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Isolierblock mit einer «sbenen oberen Fläche enthält, die einen Liegeplatz für den Körper bildet, wobei in dem Block mindestens ein Kanal vorhanden ist, der in die obere Fläche mündet und dessen Mündung eine Kontaktstelle bildet, während im Block ein mit dem Kanal verbundener Vorratsbehälter für eine elektrisch leitende Flüssigkeit, wie Quecksilber, vorhanden ist, wobei der Vorratsbehälter einen Anschluss für ein Gas unter Druck hat, um die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter durch den Kanal zur Kontaktstelle zu drücken, während durch den Block ein elektrischer Leiter hindurchgeführt ist, dessen eines Ende die Flüssigkeit berührt und dessen anderes Ende mit dem Messinstrument verbindbar ist.

2. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Block aus Kunststoff besteht.

3. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit mindestens einem Kontaktstift versehen ist, der an einem Arm befestigt und mit Hilfe einer Feder unter einem zuvor einstellbaren Druck in Richtung der oberen Fläche des Blocks beweglich und mit einem Anschlussleiter versehen ist.

k. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch

gekennzeichnet, dass der Kontaktstift mit Hilfe eines

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Nockens, der auf den Arm einwirkt, . steuerbar ist.

5. · Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2-, dadurch gekennzeichnet, dass im Block mehrere Kanäle vorhanden sind, deren in die obere Fläche mündende Kontaktstellen in einem untereinander genau bestimmten Abstand liegen, wobei jeder Kanal mit einem gesonderten Vorratsbehälter verbunden ist und jeder Vorratsbehälter einen Anschluss hat, wobei die Anschlüsse mit nur einer Quelle eines Gases unter Druck verbindbar sind, während zu jedem der Kanäle oder Behälter ein elektrischer Leiter führt, der mit dem Messinstrument verbindbar ist.

6. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Block mehrere Kanäle vorhanden sind, deren in die obere Fläche mündende Kontaktstellen in einem untereinander genau bestimmten Abstand liegen, wobei die Kanäle mit nur einem sich in Querrichtung der Kanüle erstreckenden Vorratsbehälter verbunden sind, dessen Inhalt grosser ist als der Gesamtinhalt der Kanäle und* wobei durch Kippen des Blocks eir.e leitende Flüssigkeit vom Vorratsbehälter in die Kanäle und aus denselben gelangen kann, wobei der Vorratsbehälter einen Anschluss hat, der mit einer Quelle eines Gases unter Druck verbindbar ist, während zu jedem der Kanäle ein elektrischer Leiter führt, der mit einem Messinstrument verbindbar ist.

7· Kontaktvorrichtung nach Anspruch 5· oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Fläche des Blocks

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durch eine dünne Platte gebildet wird, und dass die Enden der Kanäle aus in der Platte vorhandenen Bohrungen bestehen, welche die Kontaktstellen bilden.

8. Verfahren zur Bestimmung einer physikalischen Grosse einer Halbleiterschicht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktvorrichtung nach Anspruch 3 verwendet wird, wobei das Quecksilber mit der Schicht in elektrischen Kontakt gebracht wird, wodurch eine gleichrichtender Übergang gebildet wird, dessen Kapazität ein Mass für die zu messende Grosse ist, und wobei die gegenüberliegende Oberfläche der Schicht mit dem Kontaktstift in elektrischen Kontakt gebracht wird und die Kapaeität des gleichrichtenden Überganges durch Messung der Kapazität zwischen dem Quecksilber und dem Kontaktstift bestimmt wird und dass aus dem erhaltenen Resultat die genannte Grosse bestimmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht durch eine Epitaxialschicht des einen Leitfähigkeitstyps, die auf einem Substrat desselben Leitfähigkeitstyps angebracht ist, gebildet wird, wobei der metallene Kontaktstift mit dem Substrat in Kontakt gebracht wird.

10. Verfahren zur Bestimmung des spezifischen Widerstandes oder einer damit zusammenhängenden Grosse einer Halbleiterschicht aus n-le'itendem Silizium, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7 verwendet wird, wobei die Halbleiterschicht vor der Messung einer Oxidationsbehandlung ausgesetzt wird, wodurch auf der Oberfläche der Schicht eine dünne Oxidschicht

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gebildet wird, die danach durch eine Ätzbehandlung entfernt wird, wonach die Schicht mit mindestens drei Elektroden in elektrischen Kontakt gebracht wird, von denen mindestens eine aus Quecksilber besteht, das an der Stelle der genannten Oberfläche mit der Schicht in Kontakt gebracht wird, wobei zwischen dem Quecksilber und einer der weiteren Elektroden ein bekannter Strom geführt wird, und zwischen dem Quecksilber und der anderen Elektrode die Spannung und aus den Ergebnissen der spezifischen Widerstand oder eine damit zusammenhängende Grosse bestimmt wird.

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