EP0000489A1 - Method for the non-destructive testing of semiconductor substrates - Google Patents

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EP0000489A1
EP0000489A1 EP78100335A EP78100335A EP0000489A1 EP 0000489 A1 EP0000489 A1 EP 0000489A1 EP 78100335 A EP78100335 A EP 78100335A EP 78100335 A EP78100335 A EP 78100335A EP 0000489 A1 EP0000489 A1 EP 0000489A1
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semiconductor
approximately
semiconductor substrate
electrolyte solution
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    • H01L22/24Optical enhancement of defects or not directly visible states, e.g. selective electrolytic deposition, bubbles in liquids, light emission, colour change
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/42Measuring deposition or liberation of materials from an electrolyte; Coulometry, i.e. measuring coulomb-equivalent of material in an electrolyte
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302Contactless testing
    • HELECTRICITY
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    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a method for locating electrically active defects in a single-crystalline semiconductor substrate, the semiconductor substrate being placed in a dilute electrolyte solution, biased negatively against it and illuminated.
  • a number of methods have been described to remove imperfections or defects in single crystal semiconductor articles such as. B. silicon wafers to discover.
  • the discovery of such defects is of particular importance in the manufacture of integrated circuits, where defects in the surface layers of the semiconductor substrates can reduce the yield of usable chips with integrated circuits.
  • These methods include, for example, the preparation of bevel cuts and the etching of the ground surface, the raster oscillator topography (SOT) and capacitor leakage current measurements.
  • SOT raster oscillator topography
  • cathode current measurements have been used to characterize P-type semiconductor substrates by negatively biasing the substrate in a dilute aqueous acid electrolyte solution with a voltage of a few volts.
  • the reaction is controlled by the speed of the generation of electron-hole pairs or, in other words, by the electrically active defects in the depletion zone.
  • the measurement of the cathode current can thus be used to characterize the quality of the semiconductor substrate.
  • the semiconductor material does not participate in the electrochemical reaction, so that the substrate is not changed. It is also known that artificial defects in a silicon wafer could be created using a high intensity flash of light when a bias of about 5 volts was applied to the substrate. In this case, considerable gas evolution was observed on the plate when the cell was illuminated.
  • the cathode current measurements are not destructive and can be carried out quickly, such measurements give no indication of the nature or the location of the impurities. For example, a single large defect at one location of a semiconductor die and a large number of small but significant defects, which are distributed over a relatively large area of a second die, can result in the same cathode current.
  • the die would be suitable for the production of integrated circuits because the defect is limited to one chip or could even be in the part of the die which is omitted during cutting, so that at most a small loss in yield would occur. This die would be considered a "good" die, while the second die, which has a large number of small impurities, would be unsuitable for manufacturing integrated circuits.
  • a method for imaging the quality of a semiconductor die in the form of a “map” of the die is disclosed in the article “Inline Wafer Quality Monitor” in the IBM Technical Disclosure Bulletin, Volume 18, No. 12, May 1976, page 4012.
  • an array of light emitting diodes is used to illuminate different areas of the die so that cathode current information is obtained from different areas of the die.
  • the article "Scanning Cathodic Current Spectroscopy” in the IBM Technical Disclosure Bulletin, Volume 18, No. 11, April 1976, page 3623 describes the use of a reader beam for scanning the semiconductor material, which serves to reduce the quality of the depletion zone in the form of a " Map "'.
  • the "map" of semiconductor quality can be obtained because the flawed areas cause a decrease in current under the conditions mentioned.
  • the method according to the invention results in good agreement with other destructive and / or time-consuming methods which have hitherto been used to localize electrically active defects in the surface of semiconductor substrates.
  • the pattern which is formed when the method according to the invention is carried out and which consists of the hydrogen bubbles adhering to the substrate surface it is not only possible to localize the locations at which the interference E telephones are located, but rather it is also possible to measure the extent of the interference determine by the length of time during which is the bias to the substrate is varied occasionally.
  • the method according to the invention can be used advantageously as a screening method both in semiconductor die production and in the production of integrated circuits in advantageous integrated circuits.
  • the effect of various getter processes on the electrically active defects can be determined with the method according to the invention.
  • Materials that can be tested using the method according to the invention are single-crystalline semiconductor materials, such as, for. B. P-type silicon or germanium, and P-type semiconductor substrates which have an N-type surface layer either epitaxially or by diffusion.
  • the semiconductor substrate, such as. B. a silicon wafer should have a surface that is clean and oxide-free. As a result, the substrate is first cleaned to remove any oxides, organic material deposits, or other films and dirt from the surface. Any conventional semiconductor cleaning process can be used with which a clean, dirt-free surface can be obtained.
  • the substrate is uniformly irradiated with white light, the light intensity of which lies on the substrate surface in the range between approximately 538 and approximately 805 lx. It has been found that light intensities below about 538 1x, except for the most damaged locations, do not create any bubbles at the locations where the electrical defects are located. On the other hand, with light intensities of about 860 lx and above, a substantial amount is also found in the areas of hydrogen bubbles.
  • Oxide can prevent bubbles from developing, and films made of organic material can cause bubbles in places where there are no defects.
  • the plate was cleaned by immersing it in hydrofluoric acid, immersing it in 5% sodium hypochlorite solution for 10 min under ultrasonic excitation and rinsing it in deionized water.
  • the plate was then immersed in a 10: 1 mixture of water and HCl under ultrasound excitation, rinsed again with deionized water, then immersed in a 10: 1 mixture of water and hydrofluoric acid for 30 seconds and finally rinsed in deionized water .
  • the wafer was placed in the test cell 19 and then a 2 1/2 vol.% Aqueous sulfuric acid electrolyte solution was added.
  • Illumination was by means of a 75 watt tungsten headlamp, which was set so that it produced an illuminance of 753.48 lx on the plate surface.
  • Switch 17 was closed to apply a negative 60 volt bias to the plate for 5 seconds.
  • the bubble pattern was photographed. The photograph is shown in Fig. 4A. It can be seen that hydrogen bubbles have formed on the first four stages.
  • the dark areas of the topography indicate that voids occur in the first four stages, which corresponds to the bubble pattern in Figure 4A.
  • the etchant is made by mixing a portion of a stock solution containing 1 gram of Cr 2 O 3 per 4 milliliters of deionized water with a portion of hydrofluoric acid.
  • the depths of the defects were measured optically, measuring approximately one millimeter apart, so that per step 4 to 5 measurements carried out.
  • a stepped silicon plate of the P type with a diameter of 82.5 millimeters and a specific resistance of 2 ⁇ cm was tested. This was preceded by cutting the plate from a large crystal and etching the steps.
  • a 5000 angstroms thick silicon dioxide layer was thermally grown on the substrate at 1000 ° C.
  • Aluminum dots approximately 1.5 mm in diameter were deposited on the oxide layer and then the capacitor leakage currents were measured at every third point.
  • the aluminum points were removed using an aluminum etchant and the oxide was removed with hydrofluoric acid.
  • the substrate was cleaned by placing it in an ultrasonically excited semiconductor cleaning bath for 5 minutes, then was rinsed in deionized water, followed by a second immersion in dilute hydrofluoric acid (10 vol.% HF in water) for 30 to 60 seconds, a rinse in deionized water, a 1 minute immersion in the cleaning bath and a final water rinse.
  • dilute hydrofluoric acid 10 vol.% HF in water
  • test cell 19 which contained a 2% by volume sulfuric acid solution, and then a -5 volt bias was applied to the substrate in the dark for 5 seconds. No hydrogen evolution was observed under these conditions become. A current of 9 milliamps flowed. Next, a 5 volt negative bias was applied to the substrate for 5 seconds and also the wafer surface was illuminated with an illuminance greater than 2690 lx. A current of 112 mA flowed. Under these conditions, hydrogen evolution took place in two quadrants of the surface. It was the case, however, that the hydrogen evolution in one of these quadrants does not coincide with the impurities which have been entered in FIG. 6D due to capacitor leakage current measurements.
  • a 60 volt negative bias was applied to the wafer for 5 seconds, illuminating the wafer surface with an illuminance of approximately 645 lx.
  • the process according to the invention is carried out at voltages and illuminance levels of this order of magnitude.
  • the pattern of hydrogen bubbles that developed was photographed. The result is shown in FIG. 6A. It can be seen that the impurity locations determined by the bubble test (see Fig. 6A) are in good agreement with those shown in Fig. 6B.
  • the defects are located along the periphery of the substrate and extend into the upper right quadrant of the substrate.
  • a hydrogen bubble pattern was generated under test conditions according to the invention, with a negative bias of 60 volts being applied to the silicon substrate for 5 seconds and the substrate surface being irradiated with an illuminance of approximately 645 1x, as shown in FIG. 7A. It can be seen that there is a good match between the bubble pattern shown in FIG. 7A and the map created based on the capacitor leakage current measurements and shown in FIG. 7B.
  • Leakage currents were measured and a map of the leakage currents, which are larger than 6 nanoamperes, was created.
  • the ! Map is shown in Fig. 8. The points at which more than 6 nanoamperes were measured were darkened with ink in the photograph.
  • the aluminum dots and part of the oxide layer were detached from the substrate.
  • the substrate was cleaned using the method described in Example 3 and then placed in the test cell 19.
  • a negative bias of 60 volts was applied to the substrate for 1 second and the substrate surface was illuminated with an illuminance of approximately 645 lx.
  • the hydrogen bubble pattern (not shown) was photographed. In the photograph you can see the oxide ring at the edge of the substrate where the bubbles stop. There is a good correlation between the two tests, which is particularly evident in the large impurity region in the lower right quadrant of the substrate shown in FIG. 8.
  • the test can not only be used to determine the platelet quality and the degree of disruption after failure, chemical thinning, polishing, etc., but can also be used to determine the quality of epitaxial layers and / or P / N transitions to check and to determine the influence of different getter processes on the electrical defects.

Abstract

Bei dem Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von Halbleitersubstraten werden diese in eine verdünnte Elektrolytlösung (23) eingetaucht, dann werden die Substrate (21) eine festgelegte Zeit gegenüber der Elektrolytlösung (23) mit einer Spannung im Bereich zwischen etwa 50 und etwa 65 Volt negativ vorgespannt und gleichzeitig werden die Substratoberflächen mit einer Beleuchtungsstärke im Bereich zwischen etwa 538 und etwa 807 1x beleuchtet. Das sich an den Störstellenplätzen entwickelnde Wasserstoffbläschenmuster kann fotografisch registriert werden. Das Verfahren eignet sich besonders zum Auffinden und Registrieren von elektrisch aktiven Störstellenplätzen an Halbleiteroberflächen, von defekten P/N-Übergängen und von gestörten Bereichen in großflächigen P/N-Übergängen und ist deshalb als Prüfmethode sowohl in der Halbleiterplättchenfertigung als auch bei der Herstellung von integrierten Schaltungen verwendbar.In the method for the non-destructive testing of semiconductor substrates, these are immersed in a dilute electrolyte solution (23), then the substrates (21) are negatively biased against the electrolyte solution (23) with a voltage in the range between approximately 50 and approximately 65 volts and at the same time, the substrate surfaces are illuminated with an illuminance in the range between approximately 538 and approximately 807 1x. The hydrogen bubble pattern developing at the fault locations can be recorded photographically. The method is particularly suitable for locating and registering electrically active fault locations on semiconductor surfaces, defective P / N junctions and disturbed areas in large-area P / N junctions and is therefore a test method both in semiconductor wafer production and in the manufacture of integrated ones Circuits can be used.

Description

Die 'Erfindung betrifft ein Verfahren zum'Auffinden elektrisch aktiver Störstellen in einem einkristallinen Halbleitersubstrat, wobei das Halbleitersubstrat in eine verdünnte Elektrölytlösung gelegt, gegenüber dieser negativ vorgespannt und beleuchtet wird.The invention relates to a method for locating electrically active defects in a single-crystalline semiconductor substrate, the semiconductor substrate being placed in a dilute electrolyte solution, biased negatively against it and illuminated.

Eine Reihe von Verfahren sind beschrieben worden, um Fehl-oder Störstellen in einkristallinen Halbleitergegenständen wie z. B. Siliciumplättchen, zu entdecken. Die Entdeckung solcher Störstellen ist von besonderer Wichtigkeit bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen, wo Störstellen in den Oberflächenschichten der Halbleitersubstrate die Ausbeute an verwendbaren Chips mit integrierten Schaltungen reduzieren können. Zu diesen Methoden gehören beispielsweise das Anfertigen von Schrägschliffen und das Anätzen der angeschliffenen Fläche, die Raster-Oszillator-Topographie (SOT) und Kondensator-Leckstrommessungen. In letzter Zeit sind Kathodenstrommessungen dazu benutzt worden, um Halbleitersubstrate vom P-Typ zu charakterisieren, wozu das Substrat in einer verdünnten, wässrigen Säureelektrolytlösung mit einer Spannung von wenigen Volt negativ vorgespannt wird. Es wird angenommen, daß unter dem Einfluß des elektrischen Feldes eine Schicht von aus dem Elektrolyten stammenden positiven Ionen sich an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter und der Lösung bildet, während die Löcher von der Halbleiteroberfläche in das Substratmaterial hinein in eine Tiefe W gestoßen werden. Nur die negativen Akzeptorionen bleiben in dieser Verarmungszone, und ihre Ladung gleicht die positive Ladung der Ionenschicht an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter und der Lösung aus. Wird nun unter diesen Bedingungen eine Fehlstelle Elektronen-Lochpaare innerhalb der Verarmungszone erzeugt, werden die Löcher durch das elektrische Feld in das Halbleitermaterial hineingestoßen, während die Elektronen'zur Grenzfläche zwischen dem Halbleiter und der Lösung gezogen werden, wo sie mit den positiven Ionen in der Lösung an der Grenzfläche reagieren können. Dieser Mechanismus erzeugt einen Strom, welcher außerhalb der Meßzelle gemessen werden kann. Es wird angenommen, daß die Reaktion zwischen den Elektronen und den positiven Ionen in der Lösung nach der folgenden Reaktionsgleichung abläuft:

Figure imgb0001
A number of methods have been described to remove imperfections or defects in single crystal semiconductor articles such as. B. silicon wafers to discover. The discovery of such defects is of particular importance in the manufacture of integrated circuits, where defects in the surface layers of the semiconductor substrates can reduce the yield of usable chips with integrated circuits. These methods include, for example, the preparation of bevel cuts and the etching of the ground surface, the raster oscillator topography (SOT) and capacitor leakage current measurements. Recently, cathode current measurements have been used to characterize P-type semiconductor substrates by negatively biasing the substrate in a dilute aqueous acid electrolyte solution with a voltage of a few volts. It is believed that under the influence of the electric field, a layer of positive ions originating from the electrolyte coalesce at the interface between the semiconductor and the solution while the holes are pushed from the semiconductor surface into the substrate material to a depth W. Only the negative acceptor ions remain in this depletion zone, and their charge balances the positive charge of the ion layer at the interface between the semiconductor and the solution. If, under these conditions, a defect is generated between the electron and hole pairs within the depletion zone, the holes are pushed into the semiconductor material by the electric field, while the electrons are drawn to the interface between the semiconductor and the solution, where they interact with the positive ions in the Solution can react at the interface. This mechanism generates a current that can be measured outside the measuring cell. It is assumed that the reaction between the electrons and the positive ions in the solution proceeds according to the following reaction equation:
Figure imgb0001

Da die H30+-Ionenkonzentration größer ist als diejenige de Minoritätsträger an der Grenzfläche zwischen dem Halbleite und der Lösung wird die Reaktion durch die Geschwindigkeit der Erzeugung von Elektronen-Lochpaaren oder in anderen Worten, durch die elektrisch aktiven Fehlstellen in der Verarmungszone gesteuert. Die Messung des Kathodenstromes kann so für eine Charakterisierung der Qualität des Halbleitersubstrats verwendet werden. Das Halbleitermaterial nimmt nicht an der elektrochemischen Reaktion teil, so daß das Substrat nicht verändert wird. Es ist auch bekannt, daß künstliche Fehlstellen in einem Siliciumplättchen mittels eines hochintensiven Lichtblitzes erzeugt werden konnten, wenn eine Vorspannung von etwa 5 Volt an das Substrat gelegt wurde. In diesem Fall wurde, wenn die Zelle beleuchtet wurde, eine beachtliche Gasentwicklung auf dem Plättchen beobachtet.Since the H30 + ion concentration is greater than that of the minority carrier at the interface between the semi-conductor and the solution, the reaction is controlled by the speed of the generation of electron-hole pairs or, in other words, by the electrically active defects in the depletion zone. The measurement of the cathode current can thus be used to characterize the quality of the semiconductor substrate. The semiconductor material does not participate in the electrochemical reaction, so that the substrate is not changed. It is also known that artificial defects in a silicon wafer could be created using a high intensity flash of light when a bias of about 5 volts was applied to the substrate. In this case, considerable gas evolution was observed on the plate when the cell was illuminated.

Obwohl die Kathodenstrommessungen nicht zerstörend sind und schnell durchgeführt werden können, geben solche Messungen keinen Hinweis auf die Natur oder die Lage der Störstellen. Beispielsweise können eine einzelne große Fehlstelle an einem Ort eines Halbleiterplättchens und eine große Anzahl von kleinen, aber wesentlichen Störstellen, welche über ein relativ großes Gebiet eines zweiten Plättchens verteilt sind, denselben Kathodenstrom ergeben. Im ersten Fall würde das Plättchen für die Herstellung integrierter Schaltungen geeignet sein, weil die Störstelle auf ein Chip begrenzt ist oder könnte sogar sich in dem Teil des Plättchens befindet, .welcher beim Zerschneiden wegfällt, so daß höchstens ein kleiner Ausbeuteverlust eintreten würde. Dieses Plättchen würde als "gutes" Plättchen angesehen werden, während das zweite-Plättchen, welches eine große Anzahl von kleinen Störstellen aufweist, für die Herstellung integrierter Schaltungen ungeeignet sein würde.Although the cathode current measurements are not destructive and can be carried out quickly, such measurements give no indication of the nature or the location of the impurities. For example, a single large defect at one location of a semiconductor die and a large number of small but significant defects, which are distributed over a relatively large area of a second die, can result in the same cathode current. In the first case, the die would be suitable for the production of integrated circuits because the defect is limited to one chip or could even be in the part of the die which is omitted during cutting, so that at most a small loss in yield would occur. This die would be considered a "good" die, while the second die, which has a large number of small impurities, would be unsuitable for manufacturing integrated circuits.

Ein Verfahren zum Abbilden der Qualität eines Halbleiterplättchens in Form einer "Landkarte" des Plättchens ist in dem Artikel "Inline Wafer Quality Monitor" im IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 18, Nr. 12, Mai 1976, Seite 4012 offenbart. Bei diesem Verfahren wird eine Anordnung von lichtemittierenden Dioden dazu verwendet, unterschiedliche Bereiche des Plättchens zu beleuchten, so daß Kathodenstrominformationen von unterschiedlichen Bereichen des 'Plättchens erhalten werden. In dem Artikel "Scanning Cathodic Current Spectroscopy" im IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 18, Nr. 11, April 1976, Seite 3623 wird die Anwendung eines Leserstrahls zum Rastern des Halbleitermaterials beschrieben, was dazu dient, die Qualität der Verarmungszone in Form einer "Landkarte"'abzubilden. Die "Landkarte" der Halbleiterqualität kann erhalten werden, weil die Fehlstellenbereiche unter den genannten Bedingungen eine Stromabnahme verursachen. Es ist auch bekannt, Risse in Deckschichten auf Halbleitern oder Metallen zu lokalisieren, indem das Substrat in einem Elektrolyt unter Anlegung eine Vorspannung behandelt wird, so daß sich Wasserstoff an den Stellen entwickelt, wo das Substratmaterial der Lösung aus gesetzt ist. Metalle sind auf Spannungs(stress)-Inhomogenitäten geprüft worden, indem man sie in eine Schwefelsäur - elektrolytlösung unter Anlegung einer Vorspannung von 6 Volt legte, wobei naszierender Wasserstoff erzeugt wird, welcher von den Inhomogenitäten absorbiert wird. Die Metalloberfläche wird dann mit einem Kunstoffilm bedeckt und anschließend erhitzt, um den Wasserstoff zu desorbieren, was eine Blasenbildung im Film an den Stellen, wo sic Störstellen befinden, verursacht.A method for imaging the quality of a semiconductor die in the form of a “map” of the die is disclosed in the article “Inline Wafer Quality Monitor” in the IBM Technical Disclosure Bulletin, Volume 18, No. 12, May 1976, page 4012. In this method, an array of light emitting diodes is used to illuminate different areas of the die so that cathode current information is obtained from different areas of the die. The article "Scanning Cathodic Current Spectroscopy" in the IBM Technical Disclosure Bulletin, Volume 18, No. 11, April 1976, page 3623 describes the use of a reader beam for scanning the semiconductor material, which serves to reduce the quality of the depletion zone in the form of a " Map "'. The "map" of semiconductor quality can be obtained because the flawed areas cause a decrease in current under the conditions mentioned. It is also known to localize cracks in top layers on semiconductors or metals, by applying a bias to the substrate in an electrolyte so that hydrogen evolves where the substrate material is exposed to the solution. Metals have been tested for voltage (stress) inhomogeneities by placing them in a sulfuric acid electrolyte solution under a 6 volt bias, producing nascent hydrogen which is absorbed by the inhomogeneities. The metal surface is then covered with a plastic film and then heated to desorb the hydrogen, causing bubble formation in the film where it is located.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches, nicht zer störendes und schnell durchführbares Verfahren zum Feststellen und Registrieren insbesondere von elektrisch aktiven Störstellen in Halbleitersubstraten, von defekten P/N-Übergängen und von gestörten Bereichen großflächiger P/N-Übergängen bezüglich ihrer Lage und des Ausmaßes der Störung anzugeben.It is the object of the invention, a simple, non-annoying and quickly feasible method for detecting and registering, in particular, electrically active defects in semiconductor substrates, defective P / N junctions and disturbed areas of large-area P / N junctions with respect to their position and the extent of the disruption.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with a method of the type mentioned at the outset with the features of the characterizing part of claim 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt eine gute Überein- stimmung mit anderen zerstörenden und/oder zeitaufwendigen Verfahren, welche bisher dazu benutzt wurden, um elektrisch aktive Störstellen in der Oberfläche von Halbleitersubstraten zu lokalisieren. Mittels des bei der rurchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sich bilderden, aus den an der Substratoberfläche haftenden Wasserstoffbläschen bestehenden Musters lassen sich aber nicht nur die Plätze lokalisieren, an denen sich die StörEtel- len befinden, vielmehr ist es auch möglich, das Ausnaß der Störung festzustellen, indem die Zeitdauer, während der die Vorspannung an das Substrat

Figure imgb0002
gelegter Weise variiert wird. Allgemein
Figure imgb0003
daß das erfindungsgemäße Verfahren als Drüfmethode sowohl in der Halbleiterplättchen-Fertigung als auch bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen in vorteilhafter integrierten Schaltkreisen in vorteilhafter Weise verwendbar ist. Außerdem lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Wirkung von verschisdenen Getterprozessen auf die elektrisch aktiven Störstellen ermitteln.The method according to the invention results in good agreement with other destructive and / or time-consuming methods which have hitherto been used to localize electrically active defects in the surface of semiconductor substrates. By means of the pattern which is formed when the method according to the invention is carried out and which consists of the hydrogen bubbles adhering to the substrate surface, it is not only possible to localize the locations at which the interference E telephones are located, but rather it is also possible to measure the extent of the interference determine by the length of time during which is the bias to the substrate
Figure imgb0002
is varied occasionally. General
Figure imgb0003
that the method according to the invention can be used advantageously as a screening method both in semiconductor die production and in the production of integrated circuits in advantageous integrated circuits. In addition, the effect of various getter processes on the electrically active defects can be determined with the method according to the invention.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemdßen Zerfahdes erfindungsgemaßen Zerfah- rens ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements of the method according to the invention result from the subclaims.

Die Erfindung wird an Hand von durch Zeichnungen erfläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Figure imgb0004

  • tels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wurde, und bei der Fig. 4B um eine Aufnahme, welche mittels der Raster-Oszillations-Topographie (SOT) erhalten wurde,
  • Fign. 5A-D Fotografien eines Siliciumplättchens, in welches Stufen geätzt sind, wobei die-Figuren 5A bis 5C Wasserstoffbläschenmuster zeigen, welche unter unterschiedlichen Beleuchtungs- und Vorspannungsbedingungen erhalten worden sind, und die Fig. 5D zum Vergleich eine Raster-Oszillations-Topographie-Aufnahme desselben Siliciumplättchens vom P-Typ zeigt,
  • Fign. 6A Fotografien eines Siliciumplättchens, wobei und 6B Fig. 6A ein Wasserstoffbläschenmuster zeigt und die Fig. 6B zum Vergleich eine retuschierte Aufnahme desselben Siliciumplättchens vom P-Typ zeigt, aus welcher die Bereiche elektrischer Defekte, wie sie mittels Kondensator-Leckstrommessungen ermittelt worden sind, zu ersehen sind,
  • Fign. 7A Fotografien eines Siliciumplättchens vom und 7B P-Typ, wobei die Fig. 7A ein Wasserstoffbläschenmuster zeigt und die Fig. 7B zum Vergleich eine retuschierte Fotografie, aus welcher die Bereiche elektrischer Effekte, wie sie mittels Kondensator-Leckstrommessungen ermittelt worden sind, zu ersehen sind, zeigt, und
  • Fig. 8 eine retuschierte Fotografie eines Siliciumplättchens vom P-Typ, welches eines Subkollektorbereich vom N+-Typ und eine oberflächliche Epitaxieschicht vom N--Typ aufweist, wobei aus
    Figure imgb0005
The invention is described on the basis of exemplary embodiments explained by drawings. Show it:
Figure imgb0004
  • was obtained by means of the method according to the invention, and in FIG. 4B an image which was obtained by means of the raster oscillation topography (SOT)
  • Fig. 5A-D photographs of a silicon die in which steps are etched, FIGS. 5A to 5C showing hydrogen bubble patterns obtained under different lighting and biasing conditions, and FIG. 5D for comparison, a raster oscillation topography image thereof P-type silicon wafer shows
  • Fig. 6A photographs of a silicon wafer, and and 6B; FIG. 6A shows a hydrogen bubble pattern and FIG. 6B shows a retouched image of the same P-type silicon wafer for comparison, from which the areas of electrical defects as determined by means of capacitor leakage current measurements are shown are seen
  • Fig. 7A photographs of a and 7B P-type silicon wafer, FIG. 7A showing a hydrogen bubble pattern and FIG. 7B for comparison a retouched photograph from which the areas of electrical effects, as determined by means of capacitor leakage current measurements, can be seen , shows, and
  • 8 is a retouched photograph of a P-type silicon die having an N + -type subcollector region and a N - -type epitaxial layer
    Figure imgb0005

1 bis 2 1/2 Vol.%ige Lösung von 96 %iger Schwefelsäure in deionisiertem Wasser brauchbar. Andere Konzentrationen kön ten auch angewendet werden. Andere Elektrolyte, welche eine Quelle von H30+-Ionen sind, wie z. B. Flußsäure und Essigsäure, können auch benutzt werden.1 to 2 1/2 vol.% Solution of 96% sulfuric acid in deionized water can be used. Other concentrations could also be used. Other electrolytes, which are a source of H 3 0 + ions, such as. B. hydrofluoric acid and acetic acid can also be used.

Materialien, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens geprüft werden können, sind einkristalline Hälbleitermaterialien, wie z. B. Silicium oder Germanium vom P-Typ, und Halbleitersubstrate vom P-Typ, welche eine entweder epitaxial oder durch Diffusion erzeugte Oberflächenschicht vom N-Typ aufweisen. Das Halbleitersubstrat, wie z. B. ein Siliciumplättchen, sollte eine Oberfläche haben, welche sauber und oxidfrei ist. Infolgedessen wird das Substrat zuerst gereinigt, um irgendwelche Oxide, Ablagerungen von organischen Materialien oder andere Filme und Schmutz von der Oberfläche zu entfernen. Dabei kann jeder übliche Halbleiterreinigungsprozess angewandt werden mit dem eine saubere, schmutzfreie Oberfläche erhaltenwerden kann.Materials that can be tested using the method according to the invention are single-crystalline semiconductor materials, such as, for. B. P-type silicon or germanium, and P-type semiconductor substrates which have an N-type surface layer either epitaxially or by diffusion. The semiconductor substrate, such as. B. a silicon wafer should have a surface that is clean and oxide-free. As a result, the substrate is first cleaned to remove any oxides, organic material deposits, or other films and dirt from the surface. Any conventional semiconductor cleaning process can be used with which a clean, dirt-free surface can be obtained.

Nach der Reinigung wird das Substrat in der Zelle befestig und der Elektrolyt in die Zelle gegossen. Es sollte darauf geachtet werden, daß während der Prüfung der Elektrolyt nicht bewegt wird. Eine Bewegung des Elektrolyten kann Was serstoffbläschen von ihrem Platz auf der Oberfläche entfer nen, was einen Informationsverlust zur Folge hat. Das Substrat wird einheitlich mit weißem Licht bastrahlt, dessen Lichtintensität an der Substratoberfläche im Bereich zwischen etwa 538 und etwa 805 lx liegt. Es vurde gefunden, daß Lichtintensitäten unter etwa 538 1x - außer an den am stärksten beschädigten Stellen - überhaupt keine Bläschen an den Stellen, wo sich die elektrischen Defekte befinden, erzeugen. Auf der anderen Seite werden bei Lichtintensitäten von etwa 860 lx und darüber im wesentlichen Umfang auch in den Bereichen Wasserstoffbläschen ent-

Figure imgb0006
After cleaning, the substrate is attached to the cell and the electrolyte is poured into the cell. Care should be taken to ensure that the electrolyte is not moved during the test. Movement of the electrolyte can remove hydrogen bubbles from their place on the surface, resulting in loss of information. The substrate is uniformly irradiated with white light, the light intensity of which lies on the substrate surface in the range between approximately 538 and approximately 805 lx. It has been found that light intensities below about 538 1x, except for the most damaged locations, do not create any bubbles at the locations where the electrical defects are located. On the other hand, with light intensities of about 860 lx and above, a substantial amount is also found in the areas of hydrogen bubbles.
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Das Plättchen wurde dann gereinigt, um irgendwelche Oxide und Filme aus organischem Material zu entfernen. Oxid kann die Entwicklung von Bläschen verhindern und Filme aus organischem Material können Bläschen an Plätzen hervorrufen, wo sich keine Störstellen befinden.The wafer was then cleaned to remove any oxides and films from organic material. Oxide can prevent bubbles from developing, and films made of organic material can cause bubbles in places where there are no defects.

Das Plättchen wurde gereinigt, indem es in Flußsäure getaucht, unter Ultraschallerregung 10 Min. lang in 5%iger Natriumhypochloritlösung getaucht und in deionisiertem Wasser gespült wurde. Das Plättchen wurde dann 5 Min. lang unter Ultraschallerregung in eine 10 : 1 Mischung aus Wasser und HCl getaucht, wieder mit deionisiertem Wasser gespült, dann 30 Sek. lang in eine 10 : 1 Mischung aus Wasser und Flußsäure getaucht und schließlich in deionisiertem Wasser gespült. Nach dem` Reinigen wurde das Plättchen in die Testzelle 19 gelegt und dann wurde eine 2 1/2 Vol.%ige wässrige Schwefelsäureelektrolytlösung zugegeben. Die Beleuchtung erfolgte mittels eines 75-Watt-Wolfram-Scheinwerfers, welcher so eingestellt war, daß er eine Beleuchtungsstärke von 753,48 lx an der Plättchenoberfläche erzeugte. Der Schalter 17 wurde geschlossen, um an das Plättchen 5 Sek. lang eine negative Vorspannung von 60 Volt zu legen. Das Bläschenmuster wurde fotografiert. Die Fotografie ist in der Fig. 4A wiedergegeben. Man kann erkennen, daß Wasserstoffbläschen auf den ersten vier Stufen sich gebildet haben. Eine Raster-Oszillator-Topographie (SOT)-Aufnahme, wel che in der Fig. 4B wiedergegeben ist, wurde auch aufgenommen, (Einzelheiten dazu siehe beispielsweise in dem Artikel "New X-Ray Diffraction Microscopy Technique for the Study of Imperfections in Semiconductor Crystals", von Schwuttke im Journal of Applied Physics, Band 36, Mr. 9, Sepremter 1965, Seiten 2712 - 2721). Die dunklaren Bereiche der Topographie zeigen an, daß Fehlstellen in den ersten vier Stufen vorkommen, was dem Bläschenmuster in der Fig. 4A entspricht.The plate was cleaned by immersing it in hydrofluoric acid, immersing it in 5% sodium hypochlorite solution for 10 min under ultrasonic excitation and rinsing it in deionized water. The plate was then immersed in a 10: 1 mixture of water and HCl under ultrasound excitation, rinsed again with deionized water, then immersed in a 10: 1 mixture of water and hydrofluoric acid for 30 seconds and finally rinsed in deionized water . After cleaning, the wafer was placed in the test cell 19 and then a 2 1/2 vol.% Aqueous sulfuric acid electrolyte solution was added. Illumination was by means of a 75 watt tungsten headlamp, which was set so that it produced an illuminance of 753.48 lx on the plate surface. Switch 17 was closed to apply a negative 60 volt bias to the plate for 5 seconds. The bubble pattern was photographed. The photograph is shown in Fig. 4A. It can be seen that hydrogen bubbles have formed on the first four stages. A raster oscillator topography (SOT) image, which is shown in FIG. 4B, was also taken (for details see, for example, in the article "New X-Ray Diffraction Microscopy Technique for the Study of Imperfections in Semiconductor Crystals ", by Schwuttke in the Journal of Applied Physics, volume 36, Mr. 9, Sepremter 1965, pages 2712-2721). The dark areas of the topography indicate that voids occur in the first four stages, which corresponds to the bubble pattern in Figure 4A.

Das Plättchen wurde dann senkrecht zu den Stufen zerschnitten, dann wurde die freiliegende Schnittfläche schräg abgeschliffen und schizeßlich wurde eine verdünnte Sirtl-Ätzlösung (Stammlösung = 1 Gramm Cr2O3 in 4 ml deionisiertem Wasser, verdünnte Sirtl-Äcsiösung = 1 Teil Stammlösung auf ein Teil Flußsäure) aufgebracht, um die Fehlstellen sicht- bar zu machen. Das Ätzmittel wird hergestellt, indem ein Teil einer Stammlösung, welche 1 Gramm Cr2O3 pro 4 Milliliter deionisiertem Wasser enthält, mit einem Teil Flußsäure gemischt wird. Ausgebend von einer Stelle, ungefähr 2 Millimeter von der Plättchenkerbe, welche in der Fotografie als ein V-förmlger Einschnitt im Plättchenrand zu erkennen ist, wurden die Tiefen der Fehlstellen optisch gemessen, wobei ungefähr im Abstand von einem Millimeter gemessen wurde, so daß pro Stufe 4 bis 5 Messungen durchgeführu wunde. Die

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Figure imgb0008
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The plate was then cut perpendicular to the steps, then the exposed cut surface was ground at an angle and diluted Sirtl etching solution (stock solution = 1 gram Cr 2 O 3 in 4 ml deionized water, diluted Sirtl acetic solution = 1 part stock solution) Part of hydrofluoric acid) to make the imperfections visible. The etchant is made by mixing a portion of a stock solution containing 1 gram of Cr 2 O 3 per 4 milliliters of deionized water with a portion of hydrofluoric acid. Starting from a point approximately 2 millimeters from the platelet notch, which can be seen in the photograph as a V-shaped incision in the platelet edge, the depths of the defects were measured optically, measuring approximately one millimeter apart, so that per step 4 to 5 measurements carried out. The
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Man sieht, daß die Bestimmung mittels Schrägschliffs und Ätzens auch Fehlstellen in den ersten vier Stufen sichtbar macht, so daß die Ergebnisse eine gute Übereinstimmung zwi schen allen drei Methoden aufzeigen.It can be seen that the determination by means of angled grinding and etching also makes flaws visible in the first four stages, so that the results show a good agreement between all three methods.

Beispiel 2:Example 2:

Um das erfindungsgemäße Verfahren noch genauer zu erläuter und um die Wichtigkeit der Einhaltung der richtigen Spannungs- und Beleuchtungsbedingungen aufzuzeigen, wurde ein mit Stufen versehenes Siliciumplättchen vom P-Typ mit einem Durchmesser von 82,5 Millimeter und einem spezifischen Widerstand von 2 Ω cm geprüft. Vorangegangen war das Abschneiden des Plättchens von einem großen Kristall und das Ätzen der Stufen.In order to explain the method according to the invention in more detail and to demonstrate the importance of maintaining the correct voltage and lighting conditions, a stepped silicon plate of the P type with a diameter of 82.5 millimeters and a specific resistance of 2 Ω cm was tested. This was preceded by cutting the plate from a large crystal and etching the steps.

Die Höhen der Stufen sind in der Tabelle III aufgelistet.

Figure imgb0010
Figure imgb0011
führt. Die Ergebnisse, welche unter verschiedenen Spannung-und Beleuchtungsbedingungen erhalten worden sind, werden zum Vergleich zusammen mit Kondensator-Leckstrommessungen dargestellt.The heights of the steps are listed in Table III.
Figure imgb0010
Figure imgb0011
leads. The results obtained under different voltage and lighting conditions are presented for comparison together with capacitor leakage current measurements.

Auf dem Substrat wurde bei 1000° C eine 5000 Angström dicke Siliciumdioxidschicht thermisch aufgewachsen. Aluminiumpunkte, welche einen Durchmesser von ungefähr 1,5 mm hatten, wurden auf der Oxidschicht abgeschieden und anschließend wurden die Kondensator-Leckströme an jedem dritten Punkt gemessen. Eine Karte der Punkte, an denen die'Leckströme größer als 6 Nanoampere waren, ist in der Fig. 6B dargestellt. Da nur jeder dritte Punkt geprüft wurde, wurde immer dann, wenn an einem geprüften Punkt 6 Nanoampere überschritten wurden, eine Anordnung von neun Punkten, welche die "8 den Meßpunkt umgebenden Punkte einschloß, in der Fotografie mit Tinte schwarz gemacht. Dies ergibt eine flächentreue Gewichtung der Bauteile mit Leckströmen ober- und unterhalb des 6 Nanoampere-Niveaus. Die Aluminiumpunkte wurden mittels eines Aluminiumätzmittels entfernt und das Oxid wurde mit Flußsäure abgelöst. Das.Substrat wurde gereinigt, indem es 5 Min. lang in ein ultraschallerregtes Halbleiterreinigungsbad gelegt wurde, anschließend wurde in deionisiertem Wasser gespült. Es folgte ein 30 bis 60 Sek. dauerndes zweites Eintauchen in verdünnte Flußsäure (10 Vol.% HF in Wasser), eine Spülung in deionisiertem Wasser, ein 1 Min. dauerndes Eintauchen in das Reinigungsbad und eine abschließende Wasserspülung.A 5000 angstroms thick silicon dioxide layer was thermally grown on the substrate at 1000 ° C. Aluminum dots approximately 1.5 mm in diameter were deposited on the oxide layer and then the capacitor leakage currents were measured at every third point. A map of the points at which the 'leakage currents were greater than 6 nanoamperes, is shown in FIG. 6B. Since only every third point was checked, an arrangement of nine points, including the "8 points surrounding the measuring point," was made black in the photograph whenever an examined point exceeded 6 nanoamperes Weighting of the components with leakage currents above and below the 6 nanoampere level. The aluminum points were removed using an aluminum etchant and the oxide was removed with hydrofluoric acid. The substrate was cleaned by placing it in an ultrasonically excited semiconductor cleaning bath for 5 minutes, then was rinsed in deionized water, followed by a second immersion in dilute hydrofluoric acid (10 vol.% HF in water) for 30 to 60 seconds, a rinse in deionized water, a 1 minute immersion in the cleaning bath and a final water rinse.

Das gereinigte Substrat wurde in die Testzelle 19 gelegt, in welcher sich eine 2 Voi.%ige Schwefelsäurelösung befand, und dann wurde 5 Sek. lang im Dunkeln eine Vorspanhung von -5 Volt an das Substrat gelegt. Unter diesen Bedingungen konnte keine Wasserstoffentwicklung festgestellt werden. Es floß ein Strom von 9 Milliampere. Als nächstes wurde 5 Sek. lang eine negative Vorspannung von 5 Volt an das Substrat gelegt und außerdem wurde die Plättchenoberfläche mit einer Beleuchtungsstärke, welche größer als 2690 lx war, beleuchtet. Es floß ein Strom von 112 mA. Unter diesen Bedingungen fand in zwei Quadranten der Oberfläche eine Wasserstoffentwicklung statt. Es war aber so, daß die Wasserstoffentwicklung in einem dieser Quadranten nicht mit den Störstellen, welche aufgrund von Kondensator-Leckstrommessungen in der Fig. 6D eingetragen worden sind, übereinstimmen. Als nächstes wurde an das Plättchen eine negative Vorspannung von 60 Volt 5 Sek. lang gelegt, wobei die Plättchenoberfläche mit einer Beleuchtungsstärke von etwa 645 lx beleuchtet wurde. Bei Spannungen und Beleuchtungsstärken, welche in dieser Größenordnung liegen, wird.das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt. Das Wasserstoffbläschenmuster, welches sich entwickelte, wurde fotografiert. Das Ergebnis zeigt die Fig. 6A. Man sieht, daß die Störstellenplätze, welche mittels des Bläschentests bestimmt wurden (siehe Fig. 6A), gut mit denjenigen, die in der Fig. 6B gezeigt sind, übereinstimmen. Die Fehlstellen befinden sich entlang der Peripherie des Substrats und erstrecken sich in den oberen rechten Quadranten des Substrats hinein.The cleaned substrate was placed in test cell 19, which contained a 2% by volume sulfuric acid solution, and then a -5 volt bias was applied to the substrate in the dark for 5 seconds. No hydrogen evolution was observed under these conditions become. A current of 9 milliamps flowed. Next, a 5 volt negative bias was applied to the substrate for 5 seconds and also the wafer surface was illuminated with an illuminance greater than 2690 lx. A current of 112 mA flowed. Under these conditions, hydrogen evolution took place in two quadrants of the surface. It was the case, however, that the hydrogen evolution in one of these quadrants does not coincide with the impurities which have been entered in FIG. 6D due to capacitor leakage current measurements. Next, a 60 volt negative bias was applied to the wafer for 5 seconds, illuminating the wafer surface with an illuminance of approximately 645 lx. The process according to the invention is carried out at voltages and illuminance levels of this order of magnitude. The pattern of hydrogen bubbles that developed was photographed. The result is shown in FIG. 6A. It can be seen that the impurity locations determined by the bubble test (see Fig. 6A) are in good agreement with those shown in Fig. 6B. The defects are located along the periphery of the substrate and extend into the upper right quadrant of the substrate.

Die oben beschriebenen Prüfungen wurden wiederholt mit einer Probe, welche auch ein kupferpoliertes Siliciumsubstrat mit einem Durchmesser von 82,5 mm und einem spezifischen .Widerstand von 2 Ω cm war. Auf dem Substrat befand sich eine 5.000 Angström dicke Siliciumdioxidschicht welche bei 1.000° C thermisch aufgewachsen worden war. Aluminiumpunkte waren auf der Oxidschicht abgeschieden une Kondensator-Leckströme wurden an jedem dritten Punkt gemessen. Eine Karte mit den Kondensator-Leckströmen, welche größer als 6 Nanoampere sind, ist in der Fig. 7B gezeigt. Nachdem Ablösen des Aluminiums und des Oxids wurde da3The tests described above were repeated with a sample which was also a copper-polished silicon substrate with a diameter of 82.5 mm and a specific resistance of 2 Ω cm. There was a 5,000 Angstroms thick silicon dioxide layer on the substrate which had been thermally grown at 1,000 ° C. Aluminum points were deposited on the oxide layer and capacitor leakage currents were measured at every third point. A map with the capacitor leakage currents, which are larger than 6 nanoamperes, is shown in FIG. 7B. After the aluminum and oxide had been stripped off, da3

Substrat im Reinigungsbad und in Flußsäure gereinigte wie es oben beschrieben worden ist. Mit der Probe wurde dann der Bläschentest in der Testzelle 19 durchgeführt, wobei ein Elektrolyt verwendet wurde, welcher eine 2 Vol.%ige Lösung von Schwefelsäure in deionisiertem wasser war. Zunächst wurde im Dunkeln 5 Min. lang eine negative Vorspannung von 5 Volt an das Siliciumsubstrat gelegt. Dabei wurde keine Wasserstoffentwicklung festgestellt. Es floß ein Strom von 3 mA. Bei einer 5 Sek. lang dauernden Bestrahlung der Plättchenoberfläche mit einer Beleuchtungsstärke, welche größer 2690 1x war, wobei eine negative Vorspannung von 5 Volt angelegt wurde, wurde nur eine sehr kleine Wasserstoffmenge gebildet. Es floß ein Strom von 120 mA. Unter erfindungsgemäßen Prüfbedingungen, wobei 5 Sek. lang eine negative Vorspannung von 60 Volt an das Siliciumsubstrat angelegt wurde und die Substratoberfläche mit einer Beleuchtungsstärke von etwa 645 1x bestrahlt wurde, wurde ein Wasserstoffbläschenmuster erzeugt, wie as die Fig. 7A wiedergibt. Man sieht, daß eine gute Übereiastin mung zwischen dem in der Fig. 7A gezeigten Bläschenmuster und der aufgrund der Kondensator-Leckstrommessungen erstellten und in der Fig. 7B dargestellten Karte vorhanden ist.Substrate in the cleaning bath and cleaned in hydrofluoric acid as described above. The vesicle test was then carried out on the sample in test cell 19, using an electrolyte which was a 2% by volume solution of sulfuric acid in deionized water. A 5 volt negative bias was first applied to the silicon substrate in the dark for 5 minutes. No hydrogen evolution was found. A current of 3 mA flowed. When the platelet surface was irradiated for 5 seconds with an illuminance that was greater than 2690 1x, with a negative bias of 5 volts being applied, only a very small amount of hydrogen was formed. A current of 120 mA flowed. A hydrogen bubble pattern was generated under test conditions according to the invention, with a negative bias of 60 volts being applied to the silicon substrate for 5 seconds and the substrate surface being irradiated with an illuminance of approximately 645 1x, as shown in FIG. 7A. It can be seen that there is a good match between the bubble pattern shown in FIG. 7A and the map created based on the capacitor leakage current measurements and shown in FIG. 7B.

Beispiel 4:Example 4:

Figure imgb0012
Figure imgb0012

Leckströme wurden gemessen und eine Karte der Leckströme, welche größer als 6 Nanoampere sind, wurde erstellt. Die ! Karte ist in der Fig. 8 gezeigt. Die Punkte, an welchen mehr als 6 Nanoampere gemessen wurden, sind mit Tinte in der Fotografie dunkel gemacht worden.Leakage currents were measured and a map of the leakage currents, which are larger than 6 nanoamperes, was created. The ! Map is shown in Fig. 8. The points at which more than 6 nanoamperes were measured were darkened with ink in the photograph.

Die Aluminiumpunkte und ein Teil der Oxidschicht wurden vom Substrat abgelöst. Ein Oxidring, welcher sich um die ganze Peripherie des Substrats, und zwar von der unteren bis zur oberen Oberfläche, erstreckte, wurde stehengelassen, um zu verhindern-, daß der Elektrolyt die Epitaxie- schicht mit dem Substrat kurzschließt. Ein solcher Kurz- schluß würde der Prüfung in die Quere kommen. Das Substrat wurde mittels des Verfahrens, welches im Beispiel 3 beschrieben worden ist, gereinigt und dann in die Testzelle 19 gelegt. An das Substrat wurde 1 Sek. lang eine negative Vorspannung von 60 Volt gelegt und die Substratoberfläche wurde dabei mit einer Beleuchtungsstärke von etwa 645 lx beleuchtet. Das (nicht gezeigte) Wasserstoffbläschenmuster wurde fotografiert. Auf der Fotografie kann man den Oxidring am Substratrand, an welchem die Bläschen aufhören, sehen. Es besteht eine gute Korrelation zwischen den beiden Prüfungen, welche besonders deutlich ist in dem groBen Störstellenbereich in dem unteren rechten Quadranten des in der Fig. 8 gezeigten Substrats.The aluminum dots and part of the oxide layer were detached from the substrate. An oxide ring extending around the entire periphery of the substrate, from the bottom to the top surface, was left to prevent the electrolyte from shorting the epitaxial layer to the substrate. Such a short-circuit would get in the way of the test. The substrate was cleaned using the method described in Example 3 and then placed in the test cell 19. A negative bias of 60 volts was applied to the substrate for 1 second and the substrate surface was illuminated with an illuminance of approximately 645 lx. The hydrogen bubble pattern (not shown) was photographed. In the photograph you can see the oxide ring at the edge of the substrate where the bubbles stop. There is a good correlation between the two tests, which is particularly evident in the large impurity region in the lower right quadrant of the substrate shown in FIG. 8.

Im Obengesagten wurde ein nicht zerstörendes Verfahren zur raschen Bestimmung der elektrischen Qualität von Halbleitersubstraten und größflächigen P-/N-Übergängen dargestellt, Es kann, wie sich aus den Darlegungen ergibt, leicht an die

Figure imgb0013
fahren benötigt werden. Für die Verfahren wird eine relativ einfache Testvorrichtung benötigt und mittels üblicher fotografischer Methoden kann die Plättchenqualität leicht dokumentiert werden. Es ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, zwischen verschiedenen Graden der Störung zu unterscheiden, indem die Zeitdauer, während der die Vorspannung an das Substrat angelegt wird, in festgelegter Weise variiert wird. Die Prüfung kann nicht nur dazu be- nutzt werden, um die Plättchenqualität und den Grad der Störung nach dem Versägen, dem chemischen Dünnen, dem Po- lieren usw. festzustellen, sondern es kann auch dazu benutzt werden, um die Qualität von Epitaxieschichten und/ oder P/N-übergängen zu überprüfen und um den Einfluß von verschiedenen Getterprozessen auf die elektrischen Defekte zu ermitteln.In the above, a non-destructive method for the rapid determination of the electrical quality of semiconductor substrates and large-area P / N junctions was presented. As can be seen from the explanations, it can easily be compared to the
Figure imgb0013
driving are needed. A relatively simple test device is required for the methods, and the platelet quality can be easily documented using conventional photographic methods. With the method according to the invention, it is possible to differentiate between different degrees of disturbance by varying the time period during which the bias voltage is applied to the substrate in a fixed manner. The test can not only be used to determine the platelet quality and the degree of disruption after failure, chemical thinning, polishing, etc., but can also be used to determine the quality of epitaxial layers and / or P / N transitions to check and to determine the influence of different getter processes on the electrical defects.

Claims (10)

1. Verfahren zum Auffinden elektrisch aktiver Störstellen in einem einkristallinen Halbleitersubstrat, wobei das Halbleitersubstrat in eine verdünnte Elektrolytlösung gelegt, gegenüber dieser negativ vorgespannt und beleuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die. Substratoberfläche mit einer Beleuchtungsstärke im Bereich zwischen etwa 538 und etwa 807 lx beleuchtet wird, daß das Substrat (21) eine festgelegte'Zeit gegenüber der Elektrolytlösung (23) mit einer Spannung im Bereich zwischen etwa 50 und etwa 65 Volt vorgespannt wird, so daß sich an den elektrisch aktiven Störstellenplätzen Wasserstoffbläschen entwickeln, und daß die Lage der Wasserstoffbläschen registriert wird.1. A method for locating electrically active defects in a single-crystalline semiconductor substrate, the semiconductor substrate being placed in a dilute electrolyte solution, biased negatively against it and illuminated, characterized in that the. Substrate surface is illuminated with an illuminance in the range between about 538 and about 807 lx that the substrate (21) is biased for a specified 'time compared to the electrolyte solution (23) with a voltage in the range between about 50 and about 65 volts, so that Develop hydrogen bubbles at the electrically active fault locations and that the position of the hydrogen bubbles is registered. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolytlösung eine wässrige Säurelösung verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that an aqueous acid solution is used as the electrolyte solution. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Säure aus der Gruppe Schwefelsäure, Flußsäure und Essigsäure verwendet wird.3. The method according to claim 2, characterized in that an acid from the group of sulfuric acid, hydrofluoric acid and acetic acid is used. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige, etwa 1 bis etwa 2,5 Vol.%ige ; Schwefelsäurelösung verwendet wird.4. The method according to claim 3, characterized in that an aqueous, about 1 to about 2.5 vol.%; Sulfuric acid solution is used. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zwischen etwa 1 und etwa 15 Sek. lang angelegt wird.5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the voltage is applied between about 1 and about 15 seconds. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet; daß die Wasserstoffbläschen und ihre Lage fotografisch registriert werden.6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized; that the hydrogen bubbles and their location are recorded photographically. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es auf ein Halbleitersubstrat vom P-Typ angewandt wird.7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that it is applied to a P-type semiconductor substrate. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es auf Substrate aus Silicium oder Germanium angewandt wird.8. The method according to claim 7, characterized in that it is applied to substrates made of silicon or germanium. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es auf ein Halbleitersubstrat angewandt wird, welches mindestens einen P/N-Übergang enthält.9. The method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that it is applied to a semiconductor substrate which contains at least one P / N junction. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es auf ein Halbleitersubstrat vom P-Typ angewandt wird, auf welches eine Epitaxieschicht vom N-Typ aufgebracht ist.10. The method according to claim 9, characterized in that it is applied to a P-type semiconductor substrate to which an N-type epitaxial layer is applied.
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