DE2223922C2 - Kontaktvorrichtung für ein Meßinstrument - Google Patents

Description

messungen mit äußerst geringem apparativen Aufwand ausgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Prüfkopf aus einem isolierenden Block mit einer ebenen oberen Fläche besteht, die einen Liegeplatz für den Halbleiterkörper bildet, und in dem Block ein mit dem Kanal verbundener Vorratsbehälter für die elektrisch leitende Flüssigkeit vorhanden ist, und der Vorratsbehälter einen Anschluß für ein Gas unter Druck hat, um die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter durch den Kanal zur Kontaktstelle zu drücken, und durch den Block ein elektrischer Leiter hindurchgeführt ist, dessen eines Ende die Flüssigkeit berührt und dessen anderes Ende mit dem Meßinstrument verbindbar 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 ka»n dori mit Hilfe eines Metallstiftes ein weiterer elektrischer Kontakt hergestellt werden. Ei' e 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 gedrückt 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 zur Kapazitätsund 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 zur Messung des spezifischen Widerstandes des Halbleitermaterials mittels einei Vierpunktmessung oder zur Streuwiderstandsmessung eignet, sind im Block mehrere Kanäle vorhanden, d;ren 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 I-'lächc mündende Kontaktstelle η in einem Mtitcrcinander genau bestimmten Abstand liegen wobei die Kanäle mit nur einem sich in Querrichtung der Kanäle erstreckenden Vorratsbehälter verbunden sind, dessen Inhalt größer ist als der Gesamtinliait der Kanäle und wobei durch Kippen dts 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, 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 Größe des Querschnittes der Kontaktstellen verwirkiichbar ist.

Mit Vorteil kann eine Kontaktvorrichtung nach der Erfindung zur Bestimmung einer physikalischen Größe einer Halbleiterschicht aus beispielsweise Galliumarsenid oder aus Silizium verwendet wc·den, insbesondere wenn diese Schicht 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 Größe von den an die herzustellende Halbleiteranordnung zu stellenden Anforderungen abhängig ist.

Gemäß einem bekannten zerstörungsfreien Verfahren zur Bestimmung einer oder mehrerer Größen einer auf einem Substrat angeordneten Epitaxialschicht wird während des Wachsvorganges der Epitaxialschicht ein Probekörper mit dem Substrat mitgeführt, auf dem unter gleichen Umständen eine Epitaxialsohicht angeordnet wird, die als Maß für die au^f dem Substrat angeordnete Epitaxialschicht verwendet wird.

Durch Verwendung einer erfindungsgemäßen 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.

So ist es möglich, auf einfache und schnelle Weise Größen 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 sic^h mit Vorteil zur Erhaltung einer mit einem oder mehreren physikalischen Größen der Epitaxialschicht zusammenhängenden Größe, 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 Halbleiteranordnungen kostensparend sein kann.

Die Kontaktvorrichtung liil.li sich mil Vorteil zur bestimmung einer ph>sik;i1ischcn Große einer mis Galliumarsenid bestehenden Schicht anw enden.

Die {Erfindung ist weiter mit Vorteil anwendbar zur Bestimmung einer Größe einer Epitaxialschicht des einen l.eitfiihigkeitslvps. die ;iuf einem Substrat des anderen I.eitfiihigkeiislvps angeordnet ist. wobei der Kontaktstift mit dem Substrat in Uerüniung gebracht wird.

Eine bevorzugte AnwendungsmögliLhkeit der erfintlungsgemäßen Vorrichtung ist jedoch auch dann gegeben, wenn die llalnleiterschicht durch eine Epitaxialschicht ties einen l.eitfähigkeitstvps gebildet wird, die¹ auf einem Substrat desselben l.eitfähigkeitsi\ps angeordnet ist.

In diesem lall 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 Messungen auf sehr einfache Weise durchgeführt werden können.

In einer praktischen Ausführungsform der Anwendung der erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung wird an den gleichrichtenden Libergang eine Spannung in Sperrichtung angelegt, wodurch in der Epitaxieschicht eine Ersehöpfungssehieht gebildet wird, deren Tiefe durch die Spannung und die Verunreinigungskonzcntralion in der Epitaxialschichi bestimmt w ird.

Diese Erschöpfungsschicht kann betrachtet werden als das Dielektrikum eines Kondensators, dessen eine Platte durch den Quecksilberkontakt und dessen andere Platte durch den die Erschöpfungsschicht umgebenden Teil des Halbleiterkörper gebildet wird und wobei auf diese Weise die Kapazität durch die Tiefe der Erschöpfungsschichi und durch die Größe der Oberfläche des Quecksilberkoniaktes bestimmt w ird.

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.

Die Kontaktvorrichtung läßt sich insbesondere mit Vorteil anwenden zur Bestimmung der Dicke äußerst dünner lipitaxialschichten. d. h. Schichten, deren Dicke höchstens einige um beträgt.

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

Falls der Halbleiterkörper oder die Epitaxialschicht aus N-leitendem Silizium besteht, kann zur Erhaltung eines Schollky-artigen gleichrichtenden Übergangs mit Vorteil eine Oxidschicht von einigen nm Dicke auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers oder der Epitaxialschicht angebracht werden, beispielsweise mittels ■ siedender Salpetersäure, bevor die Messung durchgeführt wird.

Mit Vorteil jedoch kann die erfindungsgemäße Kontaktvorrichtung auch zur Bestimmung des spezifischen Widerstandes oder einer damit zusammenhän- · genden Größe einer Haib'eiterschicht aus N-ieitendem Silizium verwendet werden, wobei die Halbleiterschicht vor der Messung einer Oxidationsbehandlung ausgeselzl wird, wodurch auf tier Oberfläche tier Schicht eine dünne Oxidschicht gebildet wird, tlie durch eine Aiznehantlliing 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 tier genannten Oberfläche mil der Schicht in Kontakt gebracht wird, wobt· zwischen dem Quecksilber und tier einen tier beiden restlichen Elektroden ein Strom geführt wird, und zwischen dem Quecksilber und tier anderen tier beiden Elektroden die Spannung und aus den Ergebnissen tier spezifische Widerstand oder eine damit zusammenhängende Größe bestimmt wird.

Durch die Oxidations- bzw. Atzbehantlluiig wird erreicht, daß tier Kontakt zwischen dem Quecksilber und dem Halbleitermaterial in ausreichendem Maße niederohmig ist für eine derartige Messung, wie beispielsweise für eine Streuwiderstandsniessung.

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

Dabei kann, wenn der Halbleiterkörper beispielsweise völlig aus N-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 Halbleiterkörper gedrüCKt werden und die genannten weiteren Elektroden bilden. In dem Fall jedoch, wo die Schicht durch beispielsweise eine N-Ieitende Epitaxialschicht gebildet wird, die auf einem P-Ieitenden 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 elektrischen Kontakt gebracht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden '■ näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Kontaktvorrichtung,

Fig. 2 eine Ausführungsform für beispielsweise Kapazitäts-Spannungsmessung oder zum Messen eines '· Streuwiderstandes.

Fig. 3 eine Ausführungsform für Vierpunktmpssung.

Fig.4 eine weitere Ausführungsform für Vierpunktmessung.

Fig. 5 eine Kontaktvorrichtung für Vierpunktmes-"> sung, wobei die Kontaktstellen in einer dünnen Platte gebildet sind.

Fig. 6 eine Darstellung in vergrößertem Maßstab eines Teils der Kontaktvorrichtung nach F i g. 2 beim Messen einer physikalischen Größe.
ί F i g. 7 eine graphische Darstellung einer Verunreinigungskonzentration als Funktion der Tiefe der Epitaxialschicht, gemessen unter Verwendung der Kontaktvorrichtung,

F i g. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren • Ausführungsform zur Verwendung einer Kontaktvorrichtung nach der Erfindung.

Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Kontaktvorrichtung besteht im Grunde aus einem Block 1 aus

Isoliermaterial, wie kunststoff, m der Bohrungen vorhanden sinil. Im Block I ist cm Kanal 2 vo.gesehen, dessen eines Fnde in die obere Fläche \ mundet und dessen anderes Fnde sieh an einen Vorratsbehälter 4 für eine elektrisch !eilende Flüssigkeit, wie Quecksilber. iiiischliclji. Vom Vorratsbehälter 4 gehl eine Leitung 5 zu einem Ansehlull 6. der mil einem Schlauen verbindbar ist durch den ein (las. wie Luft, unter Druck zugef- vrt werden kann. Im Block I befindet sich ein Leiter 7. der sich an die leitende Flüssigkeit anschließt und eine elektrische Verbindung nach außen bildet.

Wenn dem Anschluß 6 d;\s unter Druck zugeführt wird, wird die im Vorratsbehälter 4 vorhandene Flüssigkeit in Richtung des Kanals 2 gedrückt. Die Flüssigkeit berührt dabei einen auf die obere Flüche i gelegten Körper, wie eine Halbleiterscheibe, und bildet mil tier Halbleiterscheibe einen elektrischen Kontakt. Dieser Kontakt ist zerstörungsfrei. Die Größe der Berührungsoberfläche, die für Messungen oft sehr WiCimg Sein K₁IiMi. ist geiuiu uesiniimi; uie Größe entspricht nämlich dem Austrittsquerschnitt des Kanals 2.

Der Block I kann .ms nur einem Teil bestehen wobei beispielsweise der Vorratsbehälter 4 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 I köni.en auch anders verlaufen als dargestellt ist. So ist es nämlich nicht notwendig, daß die Leitung 5 in die obere Fläche 3 mündet.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktvorrichtung, die insbesondere zur Kapazitäts-Spannungsmessung geeignet ist oder zum Messen des

pr^tnnrlpc eine*· Halbleiterkörper^ Aiii der

oberen Fläche 3 des Blocks 1. der ausgebildet ist. w ie in Fig. 1 dargestellt ist. ist ein Halbleiterkörper 8 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 Kontaktstift 14 versehen, an dem ein elektrisch leitender Draht befestigt ist. Der Kontaktstift 14 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 hindurchgeführt. Mit Hilfe einer Mutter 18 ist die Größe der Federkraft einstellbar. Eine Nockenscheibe 19. die mit 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 Leiter 7 ist ebenfalls ein elektrisch leitender Draht befestigt, der ebenso wie der Draht am Kontaktstift 14 zu einem Meßinstrument führt. Es ist auch möglich, am Arm 11 mehrere Meßpunkte anzubringen.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Kontaktvorrichtung, 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 Absland liegen, wie dies bei Vieipiinktmessung erwünscht ist. Die Kanäle 22 sind mit ihrem andereri Lnde an einen Vorratsbehälter 24 angeschlossen Lind \on hier laufen Leitungen 25 /u einem Anschluß 26. Am Anschluß 26 gibt es einen Anschluß 28 zum Zufuhren eines Gases unter Druck. Die Leiter 27 bilden die elektrischen Anschlußpunkte für das Meßinstrument. Wenn Gas unter Druck über den Anschluß 28 zugeführt wird, wird aus dem Vorratsbehälter 24 gleichzeitig elektrisch leitende Flüssigkeit in die vier Kanäle 22 gedrückt, bis die Flüssigkeit einen auf der oberen Fläche 21 liegenden Halbleiterkörper berührt, tüne 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.

F i g. 4 zeigt einen Querschnitt einer Kontaktvorrichtung für einen ahnlichen Zweck wie die Vorrichtung nach F i g. J. aber mit einer in konstruktiver Hinsicht etwas abweichenden Ausführung. Im Block 30 sind wieder, ebenso wie bei der Ausführung nach F i g. J. eine Anzahl Kanäle 31 vorgesehen, die sich nun jedoch an einen einzigen Vorratsbehälter 32 anschließen. Der Vorratsbehälter 32 ist beispielsweise zylindcrförmig ausgebildet, wobei die Mittellinie des Zylinders sich parallel zu einer Linie durch die Kanäle 31 erstrecken kann, in F i g. 4 also senkrecht zur Zeichenebene. Vom Vorratsbehälter 32 erstreckt sich eine Leitung 33 zu einem Anschluß 34 für eine Quelle von Gas unter Druck. Weiter sind, wie in F i g. 3. elektrische Leiter 35 vorhanden, die als Anschlußleiter dienen.

Der Vorratsbehälter 32 hat einen Inhalt, der größer ist als der Gesamtinhalt der Kanäle 31 und ist beispielsweise zu etwa der Hälfte mit Quecksilber gefüllt. Nachdem eine Halbfeilerscheibe 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 Vorratsbehälter 32. so daß Quecksilber in die Kanäle 31 fließt. 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. 4 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 Karäle 31 liegt. Die Quecksilbersäulen in den Kanälen 31 sind dadurch also elektrisch voneinander getrennt und nach Verbindung der Leiter 35 mit der Meßanord-

" nung kann die Messung durchgeführt werden.

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, die Bohrungen 37 aufweist. Die Kanäle 38 brauchen nun nicht genau angebracht zu werden und können einen verhältnismäßig großen Durchmesser haben, was die Herstellung vereinfacht. Die Form der Bohrungen 37 braucht nicht zylinderförmig zu sein, sie darf beispielsweise auch kegelförmig sein.

Nun wird an Hand der F i g. 6 und 7 eine Arbeitsweise zur Bestimmung einer physikalischen Größe eines Halbleiterkörpers 50 mit Hilfe einer Kontaktvorrich-

lung mich der Erfindung miller beschrieben.

Der Halbleiterkörper 50 wird dabei (lurch em Stibstrut 52 und eine auf dem SuhMriii 52 angeordnete Epilaxialsehicht 51 gebildet, von welcher durch Anwendung der erfindungsgemäUcn Vorrichtung die Veruiireinigungskonzentralion in Abhängigkeit vom Abstand von der Oberfläcl.e bestimmt wird

Dabei wird eine bereits an !land der I'i g. 2 beschriebene Kontaktvorrichtung verwendet, wobei das Quecksilber mit der Kpita\ialscliicht 51 in Kontakt gebracht wird, wodurch ein Sehollkv-arliger gleichrichtender Übergang gebildet wird, dessen Kapazität ein Mali für die zu messende Größe ist.

Die sich in der F.pitaxialscliichl 51 erstreckende F.rsehöpfungssehicht 53 des Überganges ist in F i g. b durch gestrichelte Linien angedeutet.

Das Substrat 52 wird mit dem kontaktstift 14 in Kontakt gebracht, wonach durch Messung tier kapazität zwischen dem Kontaktstift 14 und dem Quecksilber die Κίψύ/.ίΊ'":ΐ ;ίπί gleichrichtenden übergang be'.'.:!!!!:i! und aus dem erhaltenen Resultat die genannte Größe der Epitaxialschicht 51 bestimmt wird.

Das Substrat 52 und die F.pitaxialsehieht 51 sind im betreffenden Ausführungsbcispiel von demselben Leitfähigkeitstyp, wodurch die Kapazität zwischen dem Kontaktstift 14 und dem Quecksilber der Kapazität am gleichrichtenden Übergang praktisch entspricht.

Das Verfahren wird durchgeführt, nachdem der Halbleiterkörper einer genormten Ätzbehandlung und Oxidationsbehandlung ausgesetzt wurde, wodurch auf der Oberfläche der Epitaxialschicht eine Oxidschicht von einigen mn gebildet wird, was, wie sich herausgestellt hat, die Bildung eines Schottky-artigen Überganges zwischen dem Quecksilber und dem N-Ieilendcn Silizium ermöglicht. Die Oxidschicht die in F i g. 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 N-Ieitenden Substrat 52. dessen Dicke etwa 250 um und dessen spezifischer Widerstand etwa 0,01 Ohm · cm beträgt und mit einer hochowinigen N-leitenden Epitaxialschicht 51. deren Dicke etwa 5 um und deren spezifischer Widerstand etwa 5 Ohm - cm beträgt.

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

Der Kanal 2 und der Kontaktstift 14 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 c/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 Obergang zwischen der Konzentration in der Schicht und der im Substrat ziemlich genau die Dicke der Schicht bestimmt werden.

An I land der F i g. ft wird mm ein Ausführimgsbeispiel eines Verlahrens zur Bestimmung des spezifischen Widerslandes einer I lalbleilerschicht W) aus N-Ieiten· dem Silizium näher beschrieben.

Dabei wird dieselbe kontaktvorrichtung verwendet, wie im vorhergehenden Aiisführungsbeispiel und diese ist daher nur auf .schematische Weise durch Pfeile angedeutet, welche einen kanal 2 und zwei Kontaklstifte 14 und 14.·/darstellen.

Die I lalbleiterschichl 60 wird bevor die Messung durchgeführt wird, einer Oxidationsbehandlung ausgesetzt, wodurch auf der Oberfläche 67 der I lalbleilerschieht 60 eine Oxidschicht gebildet wird, die danach durch eine Atzbehandlung wieder entfernt wird.

Die Schicht wiril danach mit drei Elektroden (Kanal 2. Kontaktstifte 14 und 14.7 J in kontakt gebracht, von welchen mindestens eine aus Quecksilber besteht.das an der Stelle der Oberfläche 67 mit der I lalbleiterschichl 60 kontaktiert wird.

Zwischen der Elektrode (K;m;\! 2} aus Oiu-.Uilh.T und einer der weiteren Elektroden (kontaktstift 14) fließt ein Strom bekannter Stärke und zwischen der Elektrode (kanal 2) und der anderen Elektrode (kontaktstift 14.'Ij wird die zu diesem Staun gehörende Spannung bestimmt.

Aus den Ergebnissen wird dann der spezifische Widerstand oder eine damit zusammenhängende Größe bestimmt.

Die Halbleiterschicht 60 wird im betreffenden ; Ausführungsbeispicl 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 Atzbehandlung das Quecksilber mit der auf obengenannte Weise behandelten Oberfläche 67 der Flalbleiterschicht 60 in Kontakt gebracht, wobei der Kontakt zwischen dem Quecksilber und der Halbleiter- : schicht 60 genügend niederohmig ist. um eine derartige Widerstandsmessung durchführen zu können.

Die Halbleiterschicht 60 wird außerdem an der gegenüberliegenden Oberfläche mit den metallenen Kontaktstiften 14 und I4a in Kontakt gebracht.

Zwischen der Elektrode (Kanal 2) aus Quecksilber und dem Kontaktstift 14 wird eine Stromquelle 61 angeschlossen, wodurch ein Strom durch die Halbleiterschicht 60 geführt werden kann. Die Größe 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

v, Klemmen 68 und 69 an den V-Eingang eines XV-Oszilloskops angeschlossen, wobei gewünschtenfalls vor dem Oszilloskop noch ein Differenzverstärker angeordnet werden kann.

Der durch den Strom erzeugte Spannungsunterschied

co an der Halbleiterschicht 60 wird an den Klemmen 64 und 65 bestimmt und zwar dadurch, daß diese Klemmen mit dem -Y-Eingang des ΛΎ-Oszilloskops verbunden werden.

Hiei^zu 3 BIaEi Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche: welche die Kontaktstellen bilden.

1. Kontaktvorrichtung für ein Meßinstrument zur elektrischen Messung physikalischer Eigenschaften eines Halbleiterkörpers, bei der ein Kanal für eine elektrisch leitende Flüssigkeit in die obere Fläche eines Prüfkopfes mündet zur Bildung einer Kontaktstelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf aus einem isolierenden Block (1,21,30) mit einer ebenen oberen Fläche (3,23) besteht, die einen ι Liegeplatz für den Halbleiterkörper (8) bildet, und in dem Block (1, 21, 30) ein mit dem Kanal (2, 22, 31) verbundener Vorratsbehälter (4, 24, 32) für die elektrisch leitende Flüssigkeit vorhanden ist, und der Vorratsbehälter einen Anschluß (6,26,28,34) für ein : Gas unter Druck hat, um die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter durch den Kanal zur Kontaktstelle zu drücken, und durch den Block ein elektrischer Leiter (7, 27, 35) hindurchgeführt ist. dessen eines Ende die Flüssigkeit berührt und dessen anderes -'· Ende miui:m Meßinstrument verbindbar ist.

2. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Block (1, 21, 30) aus Kunststoff besteht.

3. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, -' dadurch gekennzeichnet, daß sie mit mindestens einem Kontaktstift (14, 14a; versehen ist, der an einem Arm (11) befestigt und mit Hilfe einer Feder (15) unter einem zuvor einstellbaren Druck in Richtung der oberen Fläche (3, 23) des Blocks (1, 21, ;■ 30) beweglich und mit einem elektrischen Leiter (7, 27,35) verschen ist.

4. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (14, 14a; mit Hilfe einer Nockenschcibs (19). die auf den Arm (U) >' einwirkt, steuerbar ist.

5. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß im Block (21) mehrere Kanäle (22) vorhanden sind, deren in die obere Fläche (23) mündende Kontaktstellen in einem " untereinander genau bestimmten Abstand liegen, und jeder Kanal mit einem gesonderten Vorratsbehälter (24) verbunden ist und jeder Vorratsbehälter einen Anschluß (26) hat. und daß die Anschlüsse mit nur einer Quelle eines Gases unter Druck verbindbar ·' sind, und zu jedem der Kanäle oder Behälter ein elektrischer Leiter (27) führt, der mit dem Meßinstrument verbindbar ist.

6. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Block (30) mehrere " Kanäle (31, 38) vorhanden sind, deren in die obere Fläche mündende Kontaktstellen in einem untereinander genau bestimmten Abstand liegen, und die Kanäle mit nur einem sich in Querrichtung der Kanäle erstreckenden Vorratsbehälter (32) verbun- " den sind, dessen Inhalt größer ist als der Gesamtinhalt der Kanäle und durch Kippen des Blocks eine leitende Flüssigkeit vom Vorratsbehälter in die Kanäle und aus denselben gelangen kann, und daß der Vorratsbehälter einen Anschluß (34) hat, der mit ⁿ" einer Quelle eines Gases unter Druck verbindbar ist. und zu jedem der Kanüle ein elektrischer Leiter (35) führt, der mit einem Meßinstrument verbindbar ist.

7. Kontaktvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6. dadurch gekennzeichnet, daß die obere Fläche des ""· Blocks (30) durch eine dünne Platte (36) gebildet wird, und daß die Enden der Kanäle (38) aus in der Platte vorhandenen Bohrungen (37) bestehen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktvorrichtung für ein Meßinstrument /ur elektrischen Messung physikalischer Eigenschaften eines Halbleiterkörpers, bei der ein Kanal für eine elektrisch leitende Flüssigkeit in der oberen Fläche eines Prüfkopfes m~>ndet zur Bildung einer Kontaktstelle.

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt aus Review of Scientific Instruments. 1970. Februar. Seiten 292—293. Bei dieser Kontaktvorrichtung wird eine Halbleiterscheibe in eine Aussparung einer schwenkbaren Platte eingesetzt, wenn diese Platte sich in vertikaler Position befindet. Die Platte wird dann in eine horizontale Position geschwenkt, wonach ein Kontakt gegen die Halbleiterscheibe gedrückt wird. Dieser Kontakt steht über eine Schlauchleitung mit einer Quecksilbersäule in Verbindung. Die Konstruktion dieser bekannten Kontaktvorrichtung ist kompliziert im Aufbau, sie ist nicht einfach zu bedienen und sie eignet sich außerdem nicht für eine Mehrpunktmessung.

Bei Kontaktvorrichtungen, die u. a. beim Messen des spezifischen Widerstandes, bzw. des Schichtwiderstandes, des Streuwiderstandes oder für Kapazitätsmessung verwendet wird, verden im allgemeinen Metallstifte verwendet, die gegen den Halbleiterkörper gedruckt werden; für Kapazitätsmessungen werden außerdem definierte Kontaktstellen angebracht, beispielsweise durch Aufdampfen von Metall. Bei Verwendung von Stiften, beispielsweise aus Wolframkarbid oder Stahl, tritt Beschädigung des Halbleiterkörpers auf. Weiter ist die Größe 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 Halbleiterkörper immer aufweist. Bei Kapazitäts- und Spannungsmessungen tritt weiter der Nachteil auf. daß das Anbringen der Metallkontakte durch Aufdampfen zeitraubend ist.

Aus Review of Scientific Instruments. 1968. August. S. 1207—1208. ist es 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 gedruckt 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 gibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktvorrichtung für ein Meßinstrument zur elektrischen Messung physikalischer Eigenschaften eines Halbleiterkörpers zu schaffen, bei der eine Beschädigung der Oberfläche des Halbleiterkörpers mit Gewißheil vermieden wird, die Kontaktoberfläche sehr genau bestimmt ist und mit deren Hilfe Ein- und Mehrpunkt-