DE2741682C3

DE2741682C3 - Vorrichtung zur Bestimmung der Störstellenkonzentration bzw. des Störstellenkonzentrationsverlaufs an einer Oberflächenseite einer Halbleiterplatte

Info

Publication number: DE2741682C3
Application number: DE2741682A
Authority: DE
Inventors: Peter 7801 March Schmidt; Antoine Dipl.-Ing. Dr. Ottmarsheim Torreiter (Frankreich)
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1977-09-16
Filing date: 1977-09-16
Publication date: 1980-06-19
Also published as: DE2741682B2; DE2741682A1

Description

Aus der US-PS 38 03 489 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Störstellenkonzentrationsverlaufs in plattenförmigen Halbleiterkörpern über eine Messung der Spannungsabhängigkeit der Kapazität eines sperrenden Elektrolyt-Halbleiterkontaktes bekannt, bei der der Elektrolyt auf einer Halbleiteroberfläche zwischen dieser und einer in einer Ringelektrode gelagerten festen Elektrode angeordnet ist.

Die Erfindung beschäftigt sich dagegen mit einer zu dem gleichen Zweck vorgesehenen Vorrichtung, bei der jedoch ein sperrender Quecksilber-Halbleiterkonlakt zwischen einer in einer Kapillare angeordneten Quecksilbersäule und der Halbleiteroberfläche gebildet wird.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der Zeitschrift »Journal of the Electrochemical Society« (Oktober 1972), Seiten 1384 bis 1389 bekannt. Das Quecksilber wird bei dieser bekannten Vorrichtung in einer U-förmigen Bohrung eines Substrats angeordnet und mittels Druckluft von unten durch einen senkrecht ansteigenden Bohruiigsteil gegen eine polierte Oberflächenseite einer Halbleiterplatte gedruckt. Die Kapazitätsmessungen erfolgen zwischen dem Quecksilber und Kontaktspitzen auf de- der polierten Oberflächenseite gegenüberliegenden oberen Oberflächenseite der Platte.

Eine ähnliche Vorrichtung, bei der die Kugelkalotte einer Quecksilbersäule von unten mit einstellbarem Druck gegen eine Halbleiterplatte gedrückt wird ist aus der Zeitschrift »Review of Scientific Instruments« Band 41, Nr. 2 (Februar 1970) Seiten 292 und 293, bekannt.

Die bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß die Reproduzierbarkeit der Messungen schlecht ist. Es wurde festgestellt, daß dies auf nicht genau reproduzierbare Quecksilber-Halbleiter-Kontaktflächen zurückzuführen ist, die durch Einschlüsse kleiner Luftblasen innerhalb der Bohrungsflächen bedingt sind und deren Vorhandensein bei den bekannten Vorrichtungen einer augenscheinlichen Beobachtung entzogen ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer

ίο Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die eine Verbesserung der Genauigkeit bei der Messung der Störstellenkonzentration bzw. des Störstellenkonzentrationsverlaufs unter der Oberflächenseite einer Halbleiterplatte erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung gelöst.

Aus der Zeitschrift »RCA Review« (September 1966) Seiten 351 bis 352, ist zwar eine Vorrichtung zur Bestimmung der Oberflächenladungsdichte eines plattenförmigen Halbleiterkörpers über eine Messung der Kapazität eines sperrenden Quecksilber-Halbleiterkontakts bekannt, der zwischen der oberen Oberflächenseite der Halbleiterplatte und einem in Quecksilber eingetauchten Golddraht von oben gebildet wird. Bei dieser Vorrichtung leidet aber die Genauigkeit der Messung unter der umständlichen Einstellbarkeit des Kontaktdruckes und den nichteinstellbaren Kontaktierungsflächen, die den Schwankungen der Oberflächenbedingungen unterworfen sind. Die Verwendung einer Kapillare ist nicht vorgesehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Ausbildung gelöst.

Die Vorrichtung nach der Erfindung, ihre Vorteile und Verwendung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren

F i g. 1 im Aufriß eine Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht und deren

F i g. 2 zur Erläuterung der Herstellung des Quecksilber-Halbleiterkontakts bei der Vorrichtung nach der Erfindung dient.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird ein reproduzierbarer gleicher Kontaktierungsdruck dadurch erreicht, daß dieser durch eine Quecksilbersäule 1 bestimmter Höhe durch Verwendung einer bestimmten Menge auf einen bestimmten Wert einstellbar ist.

Am oberen Ende 14 der Kapillare 2 ist gasdicht eine Kammer 11 mit einem Rohransatz? angebracht, an den ein Vakuum angelegt wird. Der Unterdruck in der Kammer 11 kann über ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Einlaßventil eingestellt werden. Auf diese Weise wird, wie die F i g. 2 veranschaulicht, die Höhe 13 der Kugelkalotte 10 am unteren Ende der Quecksilbersäule 1 einstellbar.

Wird nun der untere Rand 12 der Kapillare 2 mit der oberen polierten Oberflächenseite der Halbleiterplatte 3 in Berührung gebracht, was durch Absenken der Kapillare oder durch Anheben der Plattenauflage 5 erfolgen kann, so wird von der Spitze der Kugelkalotte 10 ausgehend unter Verdrängung der Luft die Kontaktfläche eingestellt, die vom inneren Durchmesser der Kapillare 2 vorgegeben ist. Dabei wird die Quecksilbersäule 1 leicht angehoben, so daß unter Vernachlässigung der als konstant zu betrachtenden Oberflächenkräfte der Kontaktdruck durch die Höhe der Quecksilbersäule 1 vorgegeben ist.

Die Kontaktierung der Quecksilbersäule 1 mit dem

einen Anschluß des Meßgeräts erfolgt über einen Nickeldraht 4, der in die Quecksilbersäule 1 eingetaucht und luftdicht durch die Wandung der Kammer 11 hindurchgeführt ist- Die auf der Plattenauflage 5 angeordnete Halbleiterplatte 3 wird andererseits elektrisch und über eine Anzahl ν ·η Spitzenkontaktdrähten 9 kontaktiert, weiche federnd in der elektrisch leitenden Plattenauflage 5 geführt sind. Der andere Pol des Meßgeräts wird mit dem Substratanschljß 8 verbunden. Die Plattenauflage 5 ist auf dem Isolierkörper 6 gelagert. Die Halbleiterplatte 3 wird über ein Kanalsystem 15 an die Plattenauflage 5 zur Messung angesaugt.

Die bei der Vorrichtung nach der Erfindung verwendete Form eines hängenden Tropfens der Kugelkalotte 10 ist im Hinblick auf die Verdrängung der Luft aus dem Bereich der Konlaktfiäche wesentlich günstiger als die Form einer Kugelkalotte am Ende einer sich nach oben öffnenden Kapillare, wie es bei der bekannten Vorrichtung der Fall ist.

Der innere Durchmesser der Kapillare kann zwischen 0,5 und 5 mm liegen, jedoch vorzugsweise zwischen 1 und 2 mm. In dem bevorzugten Bereich ergeben sich besonders günstige Verhältnisse im Hinblick auf die Bedienungseigenschaften, welche von der Oberflächenspannung ungünstig beeinflußt werden können. Im bevorzugten Bereich ist es nämlich möglich, nachdem der untere Rand 12 der Kapillare mit der polierten Plattenoberseite in Berührung gebracht worden ist. einen günstigen Kontaktdruck der Quecksilbersäule 1 auf der Plattenoberseite durch Beseitigung des Unierdrucks in der Kammer 11 zu erreichen. Bei einer solch ;n bevorzugten Bemessung reicht auch ein geringer Unterdruck in der Kammer 11 aus, um die Höhe 13 der Kugelkalotte 10 über das untere Ende 12 der Kapillare 2 reproduzierbar und einen günstigen Wert zu bringen. Abgesehen von der einfachen Handhabung der Vorrichtung nach der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit einer besonders leichten Kontrolle der Kontaktfläche, insbesondere, wenn eine Kapillare 2 aus durchsichtigem Material, beispielsweise Glas, verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Störstellenkonzentration bzw. des Störstellenkonzentrationsverlaufs in plattenförmigen Halbleiterkörpern über eine Messung der Spannungsabhängigkeit der Kapazität eines sperrenden Quecksilber-Halbleiterkontakts, der zwischen der polierten Oberflächenseite einer Halbleiterplatte und einer flüssigen Quecksilbersäule innerhalb einer zumindest teilweise senkrecht gelagerten Kapillare gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daü der Quecksilber-Halbleiterkontakt von der Quecksilbersäule in einer senkrecht gelagerten Kapillare (2) gebildet wird, aus deren unterer öffnung das Quecksilber in Form einer Kugelkalotte (10) einstellbar herausragt und deren Höhe (13) über den unteren Rand der Kapillare (2) mittels eines einstellbaren Unterdrucks am oberen Ende (14) der Kapillare (2) einstellbar ist, so daß bei Berührung des unteren Randes (12) mit der ebenen Halbleiteroberfläche das Quecksilber den gesamten Raum der Kapillare (2) am unteren Rand (12) ausfüllt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen inneren Durchmesser der Kapillare zwischen 0,5 mm und 5 mm.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen inneren Durchmesser der Kapillare zwischen 1 mm und 2 mm.