RU173996U1 - DEVICE FOR CONTROL OF PARAMETERS OF SEMICONDUCTOR LAYERS ON A DIELECTRIC SUBSTRATE - Google Patents

DEVICE FOR CONTROL OF PARAMETERS OF SEMICONDUCTOR LAYERS ON A DIELECTRIC SUBSTRATE Download PDF

Info

Publication number
RU173996U1
RU173996U1 RU2016143301U RU2016143301U RU173996U1 RU 173996 U1 RU173996 U1 RU 173996U1 RU 2016143301 U RU2016143301 U RU 2016143301U RU 2016143301 U RU2016143301 U RU 2016143301U RU 173996 U1 RU173996 U1 RU 173996U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
silicon
control
electrode
semiconductor layers
Prior art date
Application number
RU2016143301U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Сергеевич Белоусов
Владимир Михайлович Звероловлев
Александр Федотович Яремчук
Аркадий Владимирович Короткевич
Original Assignee
Акционерное Общество "ТЕЛЕКОМ-СТВ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "ТЕЛЕКОМ-СТВ" filed Critical Акционерное Общество "ТЕЛЕКОМ-СТВ"
Priority to RU2016143301U priority Critical patent/RU173996U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU173996U1 publication Critical patent/RU173996U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/24Optical enhancement of defects or not directly visible states, e.g. selective electrolytic deposition, bubbles in liquids, light emission, colour change

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к неразрушающим методам контроля структурного совершенства эпитаксиальных слоев кремния, выращенных на диэлектрических подложках, и может быть использовано в технологии микроэлектроники для контроля качества эпитаксиальных слоев кремния в структурах «кремний-на-сапфире». Техническим результатом является повышение достоверности метода измерения при контроле полупроводниковых слоев с высокой концентрацией носителей заряда. В устройстве контроля параметров полупроводниковых слоев на диэлектрических подложках, включающем в себя измерительный блок, состоящий из металлического кольцевого электрода с отверстием, металлического держателя образца, причем держатель имеет возможность перемещения в горизонтальном и вертикальном направлениях, источника облучения образца ИК-импульсами и устройства детектирования интенсивности отраженного от поверхности образца наведенного облучением сигнала, согласно полезной модели измерительный блок дополнительно содержит игольчатый металлический электрод, проходящий через отверстие в кольцевом электроде, причем расстояние от поверхности образца до игольчатого электрода составляет от 100 до 200 мкм. 1 ил.The utility model relates to the field of measurement technology, namely to non-destructive methods for controlling the structural perfection of epitaxial silicon layers grown on dielectric substrates, and can be used in microelectronics technology to control the quality of epitaxial silicon layers in silicon-on-sapphire structures. The technical result is to increase the reliability of the measurement method in the control of semiconductor layers with a high concentration of charge carriers. In the device for controlling the parameters of semiconductor layers on dielectric substrates, which includes a measuring unit consisting of a metal ring electrode with an aperture, a metal sample holder, the holder being able to move in horizontal and vertical directions, an irradiation source of the sample with IR pulses and a reflected intensity detection device from the surface of the sample induced by the irradiation of the signal, according to a utility model, the measuring unit additionally contains t needle metal electrode passing through a hole in the ring electrode, and the distance from the surface of the sample to the needle electrode is from 100 to 200 microns. 1 ill.

Description

Заявленное техническое решение относится к области измерительной техники, а именно к неразрушающему контролю электрофизических параметров эпитаксиальных слоев полупроводников, выращенных на диэлектрических подложках, и может быть использовано в технологии микроэлектроники для контроля параметров эпитаксиальных слоев кремния в структурах «кремний на диэлектрике» и в частности в структурах «кремний-на-сапфире» (КНС).The claimed technical solution relates to the field of measurement technology, namely to non-destructive testing of the electrophysical parameters of the epitaxial layers of semiconductors grown on dielectric substrates, and can be used in microelectronics technology to control the parameters of the epitaxial layers of silicon in "silicon on dielectric" structures and in particular in structures Silicon-on-sapphire (KNS).

Технология КНС-структур является одним из наиболее динамично развивающихся направлений полупроводникового материаловедения. Однако проблема обеспечения высоких электрофизических и функциональных параметров приборов на их основе, а также их радиационной стойкости и надежности в существенной мере определяется высокой дефектностью приборных слоев кремния. Для структур «кремний-на-сапфире» эта дефектность обусловлена, в частности, различием кристаллографического строения кремния и сапфира, а также автолегированием кремниевого эпитсаксиального слоя алюминием из сапфировой подложки до концентраций 1018-1020 см-3.The technology of KNS structures is one of the most dynamically developing areas of semiconductor materials science. However, the problem of ensuring high electrophysical and functional parameters of devices based on them, as well as their radiation resistance and reliability, is largely determined by the high defectiveness of the silicon instrument layers. For silicon-on-sapphire structures, this defect is due, in particular, to the difference in the crystallographic structure of silicon and sapphire, as well as to the self-doping of the silicon epitaxial layer with aluminum from the sapphire substrate to concentrations of 10 18 -10 20 cm -3 .

В настоящее время в технологии микроэлектроники практически повсеместно для оценки дефектности кремниевых эпитаксиальных слоев в структурах КНС используют косвенные медоды контроля, основанные на использовании тестовых МОП-структур (в частности, МОП-конденсаторов и МОП-резисторов), что является дорогостоящей и не очень информативной процедурой.Currently, microelectronics technology is almost universally used to evaluate the defectiveness of silicon epitaxial layers in SSC structures using indirect control meds based on the use of test MOS structures (in particular, MOS capacitors and MOS resistors), which is an expensive and not very informative procedure .

В связи с этим решение проблемы контроля качества эпитаксиальных слоев кремния в структурах КНС и в частности оценка уровня дефектности слоев кремния с использованием неразрушающего и оперативного контроля приобретает особую актуальность.In this regard, the solution to the problem of quality control of epitaxial silicon layers in the structures of the SSS and in particular the assessment of the level of defectiveness of silicon layers using non-destructive and operational control is of particular relevance.

Этот контроль, по возможности, должен как можно меньше травмировать эпитаксиальный слой (то есть способ должен быть неразрушающим) или же вообще быть бесконтактным.This control, if possible, should injure the epitaxial layer as little as possible (that is, the method should be non-destructive) or even non-contact.

Известно устройство контроля дефектности эпитаксиальных слоев кремния на диэлектрических подложках с использованием СВЧ-метода регистрации фотопроводимости кремниевого слоя [1].A device for controlling the imperfection of epitaxial silicon layers on dielectric substrates using the microwave method for detecting the photoconductivity of a silicon layer [1].

В рассматриваемом устройстве имеется измерительная камера с держателем, на котором крепится образец - структура «кремний-на-сапфире» (КНС). СВЧ-излучение частотой 36,4 ГГц и мощностью не менее 50 мВт от генератора на диоде Ганна через волноводный вентиль и циркулятор вводится в измерительное устройство, в котором находится образец. Отраженное от образца СВЧ-излучение через тот же циркулятор поступает на СВЧ-детектор, работающий в режиме линейного детектирования. Выделенный детектором сигнал поступает на широкополосный усилитель, который отсекает постоянную составляющую сигнала и усиливает только импульсный сигнал, обусловленный нестационарной фотопроводимостью. По картине изменения амплитуды сигнала и характеру его временной формы - формы спада фотопроводимости - осуществляют оценку качества структуры КНС в сравнении с аналогичным тестовым образцом.In the device in question there is a measuring chamber with a holder on which the sample is attached - a silicon-on-sapphire (SSS) structure. Microwave radiation with a frequency of 36.4 GHz and a power of at least 50 mW from the generator on the Gunn diode through the waveguide valve and circulator is introduced into the measuring device in which the sample is located. The microwave radiation reflected from the sample through the same circulator is fed to a microwave detector operating in the linear detection mode. The signal allocated by the detector enters the broadband amplifier, which cuts off the constant component of the signal and amplifies only the pulse signal due to non-stationary photoconductivity. According to the picture of the change in the amplitude of the signal and the nature of its temporal shape - the form of the decrease in photoconductivity - assess the quality of the structure of the SSC in comparison with a similar test sample.

Устройство имеет следующие недостатки:The device has the following disadvantages:

- достоверно оценить качество кремниевого слоя весьма затруднительно, поскольку амплитуда и характер спада нестационарной фотопроводимости зависит не только от дефектности слоя кремния, но и от других процессов, контролирующих изменение заряда на поверхности и границе раздела «кремний-сапфир»;- it is very difficult to reliably assess the quality of the silicon layer, since the amplitude and nature of the decay of unsteady photoconductivity depends not only on the defectiveness of the silicon layer, but also on other processes that control the charge change on the surface and the silicon-sapphire interface;

- устройство не позволяет даже приблизительно оценить характер распределения дефектов в кремниевом слое.- the device does not even allow you to approximately evaluate the nature of the distribution of defects in the silicon layer.

Известно также устройство контроля структурных дефектов в эпитаксиальных слоях кремнии, в котором объект, помещенный в измерительную камеру, облучают зондирующим ИК-излучением с длиной волны λ=1,1÷5,0 мкм, регистрируют интенсивность прошедшего через объект зондирующего ИК-излучения и по калибровочной зависимости интенсивности прошедшего через объект зондирующего излучения от концентрации структурных дефектов определяют интегральную оценку концентрации структурных дефектов в объекте [2].A device for controlling structural defects in silicon epitaxial layers is also known, in which an object placed in a measuring chamber is irradiated with probing infrared radiation with a wavelength of λ = 1.1–5.0 μm, the intensity of probing infrared radiation transmitted through the object is recorded, and the calibration dependence of the intensity of the probe radiation transmitted through the object on the concentration of structural defects determines the integral estimate of the concentration of structural defects in the object [2].

Величина потока ИК-излучения, проходящего через объект (кремниевую пластину), имеет корреляционную связь с рядом электрофизических параметров, влияющих на процент выхода годных тестовых элементов (транзисторных сборок или интегральных микросхем), изготовленных на этих пластинах, и в частности - с концентрацией структурных дефектов.The magnitude of the flux of infrared radiation passing through an object (silicon wafer) has a correlation with a number of electrophysical parameters that affect the percentage of suitable test elements (transistor assemblies or integrated circuits) made on these wafers, and in particular, with the concentration of structural defects .

Такая корреляционная связь обусловлена тем, что поглощение ИК-излучения с энергией, меньшей ширины запрещенной зоны полупроводника (E<E>g=1,12 эВ, что соответствует длине волны λ=1,1 мкм), характеризует структурно-примесное состояние кремниевой пластины.Such a correlation is due to the fact that the absorption of infrared radiation with an energy less than the semiconductor band gap (E <E > g = 1.12 eV, which corresponds to a wavelength of λ = 1.1 μm), characterizes the structural-impurity state of the silicon wafer .

Поглощение ИК-излучения с длиной волны λ≥1,1 мкм происходит в результате ионизационных процессов, протекающих в объеме кремниевой пластины. Наличие дефектов и всего комплекса примесей, в том числе и с малой концентрацией в структуре полупроводника, приводят к появлению в запрещенной зоне энергетических уровней с энергией ионизации Е≈1/2 Eg, способных поглощать ИК-излучение с λ≥1,1 мкм. Кроме того, данные уровни после ионизации становятся центрами, обеспечивающими непрямой переход «зона-зона», что также приводит к росту поглощения ИК-излучения.The absorption of infrared radiation with a wavelength of λ≥1.1 μm occurs as a result of ionization processes occurring in the bulk of a silicon wafer. The presence of defects and the entire complex of impurities, including those with a low concentration in the structure of the semiconductor, lead to the appearance in the band gap of energy levels with an ionization energy E≈1 / 2 Eg that can absorb infrared radiation with λ≥1.1 μm. In addition, these levels after ionization become centers providing an indirect “zone-zone” transition, which also leads to an increase in the absorption of infrared radiation.

К недостаткам устройства следует отнести невозможность прямой визуализации распределения структурных дефектов: способ позволяет лишь произвести интегральную оценку уровня структурных дефектов на основании сопоставления интенсивности прошедшего через объект ИК-излучения с выходом годных приборов для данной области объекта измерения.The disadvantages of the device include the impossibility of direct visualization of the distribution of structural defects: the method only allows you to make an integrated assessment of the level of structural defects based on a comparison of the intensity of the infrared radiation transmitted through the object with the output of suitable devices for this area of the measurement object.

Кроме того, результаты регистрации оказываются неоднозначными, так как на выход годных тестовых элементов влияет не только структурное совершенство объема объекта, но и качество подготовки поверхности пластины, а также параметры технологии формирования тестовых элементов.In addition, the registration results turn out to be ambiguous, since the yield of suitable test elements is affected not only by the structural perfection of the volume of the object, but also by the quality of the preparation of the plate surface, as well as the parameters of the technology for the formation of test elements.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство контроля параметров полупроводниковых слоев на диэлектрических подложках, включающее в себя измерительный блок, состоящий из металлического кольцевого электрода с отверстием, металлического держателя образца, причем держатель имеет возможность перемещения в горизонтальном и вертикальном направлениях, источника облучения образца ИК-импульсами и устройства детектирования интенсивности отраженного от поверхности образца наведенного облучением сигнала [3].Closest to the claimed technical solution is a device for monitoring the parameters of semiconductor layers on dielectric substrates, including a measuring unit consisting of a metal ring electrode with a hole, a metal sample holder, and the holder has the ability to move in horizontal and vertical directions, the irradiation source of the sample is IR pulses and devices for detecting the intensity of the signal reflected from the surface of the sample induced by irradiation [3].

Данное техническое решение предусматривает регистрацию амплитуды Uвых наведенного ИК-импульсами сигнала (фото-ЭДС), расчет относительной дефектности эпитаксиального слоя Nдеф и сравнение рассчитанного значения Nдеф с известным значением Nдеф (эт) эталона сравнения, сигнала используют, при этом относительную дефектность полупроводникового слоя рассчитывают из соотношения:This technical solution provides for the registration of the amplitude U O induced IR pulse signal (photo-electromotive force), the calculation of the relative nullity epitaxial layer N DEF and comparing the calculated value N def with the known value N DEF (et) comparing the reference signal is used, the relative defectiveness the semiconductor layer is calculated from the ratio:

Uвых/Uвых (min)=Nдеф (эт)/Nдеф,U o / U o (min) = N def (et) / N def ,

где: Uвых (min) - минимальное из зарегистрированных значений Uвыx.where: U o (min) - the minimum of the recorded values of U ox .

Сущность рассматриваемого технического решения заключается в следующем. При воздействии на структуру КНС импульсным световым потоком с длиной волны λ=380÷630 нм со стороны эпитаксиального слоя в последнем происходит избыточная генерация неосновных носителей заряда (ННЗ). При этом поверхность эпитаксиального слоя должна быть чистой и не содержать естественного окисного слоя во избежание неконтролируемой рекомбинации ННЗ в процессе контроля. В периоды импульсной засветки происходит генерация-рекомбинация ННЗ на дефектах эпитаксиального слоя вплоть до установления режима стационарности. При определенных условиях длительности импульсов засветки и их скважности амплитуда наведенной фото-ЭДС и кривая спада фотопроводимости могут быть измерены и зарегистрированы.The essence of the considered technical solution is as follows. When exposed to the structure of the SSC by a pulsed light flux with a wavelength of λ = 380–630 nm from the side of the epitaxial layer, the latter causes excess generation of minority charge carriers (NEC). At the same time, the surface of the epitaxial layer should be clean and not contain a natural oxide layer in order to avoid uncontrolled recombination of NNZ during the control process. During periods of pulsed illumination, the generation and recombination of NSWs on defects of the epitaxial layer occurs until the establishment of the stationarity regime. Under certain conditions, the duration of the exposure pulses and their duty cycle, the amplitude of the induced photo-emf and the photoconductivity decay curve can be measured and recorded.

Конкретная длина волны светового потока λ выбирается из условия обеспечения проникновения излучения на всю глубину эпитаксиального слоя. Поскольку для кремниевых эпитаксиальных слоев в структурах КНС типичный диапазон толщин составляет от десятых долей до единиц микрон, для контроля по предлагаемому способу вполне достаточно использовать источник, генерирующий излучение с длиной волны λ в диапазоне 380÷480 нм.The specific wavelength of the light flux λ is selected from the condition that radiation penetrates to the entire depth of the epitaxial layer. Since the typical thickness range for silicon epitaxial layers in the SSS structures is from tenths to units of microns, it is quite sufficient to use a source that generates radiation with a wavelength of λ in the range of 380 ÷ 480 nm to control the proposed method.

Экспериментально установлено, что при воздействии на КНС-структуру импульсами излучения с длиной волны λ=380÷630 нм с длительностью импульсов τ1=50÷100 мкс и скважностью τ2=250÷500 мкс оказывается возможным выделить и с достаточной точностью измерить амплитуду наведенной фото-ЭДС.It was experimentally established that when exposed to the SSC structure by radiation pulses with a wavelength of λ = 380 ÷ 630 nm with a pulse duration of τ 1 = 50 ÷ 100 μs and a duty cycle of τ 2 = 250 ÷ 500 μs, it is possible to isolate and measure with sufficient accuracy the amplitude of the induced photo-emf.

При длительности импульсов засветки τ1<50 мкс кривая спада фотопроводимости не достигает режима стационарности, и величина регистрируемого сигнала Uвых становится неоднозначной.When the duration of the exposure pulses τ 1 <50 μs, the photoconductivity decay curve does not reach the stationary state, and the value of the recorded signal U o becomes ambiguous.

При длительности импульсов засветки τ>100 мкс достоверность контроля резко снижается, так как в этом случае начинается процесс экспоненциального снижения амплитуды Uвых из-за саморазряда емкости, образованной кольцевым электродом и эпитаксиальным слоем кремния. Учет такого снижения амплитуды Uвых требует применения специальных методов регистрации и обработки регистрируемого сигнала, что приводит к значительному аппаратному усложнению контроля, увеличению длительности контроля, не приводя при этом к увеличению точности и достоверности результатов контроля.When the duration of the exposure pulses τ> 100 μs, the reliability of the control sharply decreases, since in this case the process of exponentially decreasing the amplitude U o due to self-discharge of the capacitance formed by the ring electrode and the epitaxial silicon layer begins. Taking into account such a decrease in the amplitude U out requires the use of special methods for recording and processing the recorded signal, which leads to a significant hardware complication of the control, an increase in the duration of the control, without leading to an increase in the accuracy and reliability of the control results.

Диапазон величин скважности импульсов τ2=250÷500 мкс выбран из условия обеспечения полной рекомбинации ННЗ на дефектах эпитаксиального слоя даже при максимальных значениях относительной дефектности Nдеф.The range of pulse duty cycle values τ 2 = 250 ÷ 500 μs is selected from the condition of ensuring the complete recombination of low-voltage objects on the defects of the epitaxial layer even at maximum relative defectiveness N def .

При скважности импульсов τ2<250 мкс процесс рекомбинации ННЗ протекает в режиме, не соответствующем стационарному, т.е. неосновные носители заряда не успевает полностью рекомбинировать на дефектах эпитаксиального слоя, и это приводит к накопительному эффекту при регистрации амплитуды Uвых наведенной фото-ЭДС и искажению результатов контроля.When the duty cycle of pulses τ 2 <250 μs, the process of recombination of NNS proceeds in a mode that does not correspond to the stationary one, i.e. minority carriers does not have time fully to recombine at defects of the epitaxial layer, and this leads to an accumulative effect at registration amplitude U O induced photovoltage and distort test results.

При увеличении скважности τ2 более 500 мкс за счет увеличения влияния переходных процессов в емкости, образованной кольцевым электродом и эпитаксиальным слоем кремния, происходит искажение формы кривой спада фотопроводимости, что существенно затрудняет регистрацию амплитуды выходного сигнала Uвых.With an increase in duty cycle τ 2 of more than 500 μs due to an increase in the influence of transients in the capacitance formed by the ring electrode and the epitaxial silicon layer, the shape of the photoconductivity decay curve is distorted, which makes it difficult to record the amplitude of the output signal U o .

В режиме стационарности величина выходного сигнала Uвых для структур КНС может быть выражена как:In the stationary mode, the value of the output signal U o for the SSC structures can be expressed as:

Uвых≈ϕТ*ln(1+Δn/ni),≈φ O U T * ln (1 + Δn / n i),

где: ϕТ - температурный потенциал;where: ϕ Т - temperature potential;

ni - собственная концентрация носителей заряда в кремнии вследствие высокой концентрации дефектов на границе «эпитаксиальный слой кремния - сапфир»;n i is the intrinsic concentration of charge carriers in silicon due to the high concentration of defects at the interface "epitaxial layer of silicon - sapphire";

Δn - избыточная концентрация ННЗ, генерируемая импульсным источником света.Δn is the excess concentration of NNC generated by a pulsed light source.

В свою очередь, избыточная концентрация носителей заряда Δn может быть выражена как:In turn, the excess concentration of charge carriers Δn can be expressed as:

Δn≈G*τэфф,Δn≈G * τ eff ,

где: G - темп генерации электронно-дырочных пар;where: G is the rate of generation of electron-hole pairs;

τэфф - эффективное время жизни ННЗ в эпитаксиальном слое кремния.τ eff is the effective lifetime of the NSC in the epitaxial silicon layer.

Эффективное время жизни τэфф для эпитаксиальных слоев кремния в структурах КНС можно выразить через поверхностную τS и объемную τV компоненты времени следующим образом:The effective lifetime τ eff for epitaxial silicon layers in the SSC structures can be expressed in terms of the surface τ S and volume τ V time components as follows:

τэфф=(τS*τV)/(τSV).τ eff = (τ S * τ V ) / (τ S + τ V ).

Так как величина поверхностной составляющей τS времени жизни ННЗ всегда для структур КНС будет много больше объемной составляющей τV, эффективное время жизни τэфф является величиной, непосредственно зависящей от относительной дефектности Nдеф в объеме эпитаксиального слоя кремния вблизи границы «кремний-сапфир», т.е.:Since the value of the surface component τ S of the NSC lifetime is always much larger for the SSS structures than the volume component τ V , the effective lifetime τ eff is a value that directly depends on the relative defectiveness N def in the volume of the silicon epitaxial layer near the silicon-sapphire interface, those.:

τэфф≈1/Nдеф≈Uвых. eff τ ≈1 / N O DEF ≈U.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет косвенно оценивать качество эпитаксиального слоя кремния (относительную концентрацию дефектов в объеме эпитаксиального слоя на границе «кремний-сапфир») по величине амплитуды наведенной в эпитаксиальном слое кремния фото-ЭДС.Thus, the claimed technical solution allows you to indirectly assess the quality of the silicon epitaxial layer (the relative concentration of defects in the volume of the epitaxial layer at the silicon-sapphire interface) by the magnitude of the amplitude induced in the epitaxial silicon layer of photo-emf.

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточную достоверность результатов измерения при контроле полупроводниковых слоев с высокой концентрацией носителей заряда.The disadvantages of the prototype include the lack of reliability of the measurement results when monitoring semiconductor layers with a high concentration of charge carriers.

Это обусловлено тем, что при измерении слоев с высокой концентрацией носителей заряда ННЗ не успевает полностью рекомбинировать на дефектах эпитаксиального слоя, и это приводит к накопительному эффекту при регистрации амплитуды Uвых наведенной фото-ЭДС и искажению результатов измерения.This is because when measuring layers with high carrier concentration NCC does not have time fully to recombine at defects of the epitaxial layer, and this leads to an accumulative effect at registration amplitude U O induced photovoltage and distortion measurement.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в повышении достоверности метода измерения при контроле полупроводниковых слоев с высокой концентрацией носителей заряда.The problem to which the claimed technical solution is directed is to increase the reliability of the measurement method in the control of semiconductor layers with a high concentration of charge carriers.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве контроля параметров полупроводниковых слоев на диэлектрических подложках, включающем в себя измерительный блок, состоящий из металлического кольцевого электрода с отверстием, металлического держателя образца, причем держатель имеет возможность перемещения в горизортальном и вертикальном направлениях, источника облучения образца ИК-импульсами и устройства детектирования интенсивности отраженного от поверхности образца наведенного облучением сигнала, с целью повышения чувствительности метода измерительный блок дополнительно содержит игольчатый металлический электрод, проходящий через отверстие в кольцевом электроде, причем расстояние от поверхности образца до игольчатого электрода составляет от 100 до 200 мкм.This goal is achieved by the fact that in the device for controlling the parameters of semiconductor layers on dielectric substrates, which includes a measuring unit consisting of a metal ring electrode with a hole, a metal sample holder, the holder being able to move in the horizontal and vertical directions, the source of irradiation of the sample is IR pulses and devices for detecting the intensity of the signal reflected from the surface of the sample induced by the radiation, in order to increase the sensitivity STI technique measuring unit further comprises a metal needle electrode extending through an aperture in the annular electrode, the distance from the sample surface to the needle electrode is 100 to 200 microns.

Минимальное расстояние игольчатого электрода от поверхности образца обусловлена исключением возможности возникновения коронного разряда между образцом и электродом, а максимальное расстояние определено экспериментально и ограничено верхней границей поверхности кольцевого электрода.The minimum distance of the needle electrode from the surface of the sample is due to the exclusion of the possibility of a corona discharge between the sample and the electrode, and the maximum distance is determined experimentally and is limited by the upper boundary of the surface of the ring electrode.

Пример конкретного выполнения полезной моделиAn example of a specific implementation of a utility model

Пример конкретного выполнения предложенного технического решения поясняется фиг. 1, где:An example of a specific implementation of the proposed technical solution is illustrated in FIG. 1, where:

1 - источник излучения (фотодиод);1 - radiation source (photodiode);

2 - световой поток;2 - light flux;

3 - кольцевой электрод;3 - ring electrode;

4 - металлический кольцевой держатель;4 - metal ring holder;

5 - эпитаксиальный слой кремния;5 - epitaxial layer of silicon;

6 - сапфировая подложка;6 - sapphire substrate;

7 - металлическая основа;7 - metal base;

8 - игольчатый металлический электрод;8 - needle metal electrode;

h - расстояние от кольцевого электрода до поверхности эпитаксиального слоя, мкм;h is the distance from the ring electrode to the surface of the epitaxial layer, microns;

Uвых - регистрируемый сигнал, мВ.U o - recorded signal, mV.

На установке, измерительный блок которой приведен на фиг. 1, проводились измерения поверхностной фото-ЭДС в структурах КНС. В качестве образца использовали структуры КНС ∅ 100 мм, эпитаксиальный слой кремния которой имел n-тип-проводимости и толщину 0,3 мкм.At the installation, the measuring unit of which is shown in FIG. 1, we measured the surface photo-emf in the structures of the SSS. As a sample, KNS ∅ 100 mm structures were used, the epitaxial silicon layer of which had n-type conductivity and a thickness of 0.3 μm.

Структура помещалась на специальный металлический кольцевой держатель 4. Сам держатель располагался на металлической базовой поверхности 7 устройства. Над эпитаксиальным слоем 5 на расстоянии h~200 мкм от его поверхности располагался кольцевой электрод 3 с отверстием для обеспечения засветки поверхности эпитаксиального слоя импульсным световым потоком 2 от фотодиода 1, который генерировал излучение с длиной волны λ=420 нм.The structure was placed on a special metal ring holder 4. The holder itself was located on the metal base surface 7 of the device. Above the epitaxial layer 5, at a distance of h ~ 200 μm from its surface, a ring electrode 3 with an aperture was located to provide illumination of the surface of the epitaxial layer by a pulsed light flux 2 from photodiode 1, which generated radiation with a wavelength of λ = 420 nm.

Процесс измерения осуществлялся следующим образом.The measurement process was carried out as follows.

Образец облучался световым потоком 2 импульсами длительностью τ1=50 мкс и скважностью мпульсов τ2=250÷260 мкс, а в промежутках между τ1 и τ2 на игольчатый электрод 8 подавали электрический потенциал ~3 кВ.The sample was irradiated with a light flux of 2 pulses with a duration of τ 1 = 50 μs and a duty cycle of pulses of τ 2 = 250 ÷ 260 μs, and an electrical potential of ~ 3 kV was applied to the needle electrode 8 in the intervals between τ 1 and τ 2 .

При этих условиях наведенные световым потоком ННЗ успевют полностью рекомбинировать на дефектах эпитаксиального слоя, и это не приводит к накопительному эффекту при регистрации амплитуды Uвых наведенной фото-ЭДС и искажению результатов измерения.Under these conditions, the light flux induced NCC uspevyut completely recombine at defects of the epitaxial layer, and this does not lead to an accumulative effect at registration amplitude U O induced photovoltage and distortion measurement.

Происходящие в эпитаксиальном слое 5 при импульсном облучении образца фотоэлектрические процессы посредством емкостной связи преобразовывались в изменяющийся во времени электрический потенциал Uвых на кольцевом электроде 3, который регистрировался электронной схемой, а регистрируемая амплитуда выходного сигнала Uвых поверхностной фото-ЭДС подвергалась последующей цифровой обработке.The photoelectric processes occurring in the epitaxial layer 5 upon pulsed irradiation of the sample by means of capacitive coupling were converted into a time-varying electric potential U o on the ring electrode 3, which was recorded by the electronic circuit, and the recorded amplitude of the output signal U o surface photo-emf was subjected to subsequent digital processing.

Диапазон регистрируемых значений Uвых в различных точках образца менялся от 0,1 до 10,0 мВ.The range of recorded values of U o at various points of the sample varied from 0.1 to 10.0 mV.

Измерения проводились по поверхности эпитаксиального слоя структуры КНС с локальностью до 2 мм с шагом локальности до 10 мм (исключая краевую зону 3 мм). При этом время измерения в одной точке поверхности (включая перемещение кольцевого держателя 4 с расположенным внутри его образцом от точки к точке) не превышало 0,2 сек, а количество измеряемых точек на поверхности образца составляло 60.The measurements were performed on the surface of the epitaxial layer of the SSS structure with a locality of up to 2 mm with a locality step of up to 10 mm (excluding the edge zone of 3 mm). At the same time, the measurement time at one point on the surface (including the movement of the ring holder 4 with the sample inside it from point to point) did not exceed 0.2 seconds, and the number of measured points on the surface of the sample was 60.

Таким образом, весь процесс контроля структуры КНС, включая химическую обработку образца перед контролем, установку образца в кольцевом держателе, контролируемое перемещение образца, регистрацию и обработку регистрируемого сигнала на ЭВМ и его визуализацию в виде топограммы распределения относительной дефектности по поверхности структуры, занял не более 5 мин.Thus, the entire process of controlling the structure of the SSC, including chemical processing of the sample before control, installing the sample in a ring holder, controlled movement of the sample, recording and processing the recorded signal on a computer and visualizing it in the form of a topogram of the distribution of relative defectiveness over the surface of the structure, took no more than 5 min

Процесс измерений являлся полностью бесконтактным и неразрушающим.The measurement process was completely non-contact and non-destructive.

Проведенные измерения показали хорошую сходимость результатов измерения с данными, полученными методом абсолютной оценки уровня дефектности эпитаксиального слоя кремния [4].The measurements showed good convergence of the measurement results with the data obtained by the method of absolute assessment of the level of defectiveness of the epitaxial silicon layer [4].

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает повышение достоверности метода измерения при контроле полупроводниковых слоев с высокой концентрацией носителей заряда, в частности при контроле дефектности эпитаксиального слоя кремния на границе «кремний-сапфир».Thus, the claimed technical solution provides an increase in the reliability of the measurement method when monitoring semiconductor layers with a high concentration of charge carriers, in particular when monitoring the defectiveness of the silicon epitaxial layer at the silicon-sapphire interface.

Источники информацииInformation sources

1. П.А. Бордовский, А.Ф. Булдыгин, Н.И. Петров, С.Н. Речкунов, В.А. Самойлов.1. P.A. Bordovsky, A.F. Buldygin, N.I. Petrov, S.N. Rechkunov, V.A. Samoilov.

Контроль качества структур КНС СВЧ методом. - «Микроэлектроника», 2008, т. 37, №2, с. 101-110.Quality control of KNS structures by the microwave method. - "Microelectronics", 2008, v. 37, No. 2, p. 101-110.

2. Патент РФ №2009573 от 22.04.1991 г.2. RF patent No.2009573 dated 04/22/1991

3. Патент РФ №2515415 от 30.11.2012 г. - (прототип).3. RF patent No. 2515415 of November 30, 2012 - (prototype).

4. Патент РФ №2436076 от 28.04.2010 г.4. RF patent No. 2436076 dated 04/28/2010.

Claims (1)

Устройство контроля параметров полупроводниковых слоев на диэлектрических подложках, включающее в себя измерительный блок, состоящий из металлического кольцевого электрода с отверстием, металлического держателя образца, причем держатель имеет возможность перемещения в горизонтальном и вертикальном направлениях, источника облучения образца ИК-импульсами и устройства детектирования интенсивности отраженного от поверхности образца наведенного облучением сигнала, характеризующееся тем, что с целью повышения достоверности метода измерения при контроле полупроводниковых слоев с высокой концентрацией носителей заряда измерительный блок дополнительно содержит игольчатый металлический электрод, проходящий через отверстие в кольцевом электроде, причем расстояние от поверхности образца до игольчатого электрода составляет от 100 до 200 мкм.A device for monitoring the parameters of semiconductor layers on dielectric substrates, which includes a measuring unit consisting of a metal ring electrode with an aperture, a metal sample holder, the holder being able to move in the horizontal and vertical directions, an irradiation source of the sample with IR pulses and a device for detecting the intensity reflected from the surface of the sample induced by irradiation of the signal, characterized in that in order to increase the reliability of the method from Measurements in the control of semiconductor layers with a high concentration of charge carriers, the measuring unit further comprises a needle metal electrode passing through a hole in the ring electrode, and the distance from the surface of the sample to the needle electrode is from 100 to 200 μm.
RU2016143301U 2016-11-03 2016-11-03 DEVICE FOR CONTROL OF PARAMETERS OF SEMICONDUCTOR LAYERS ON A DIELECTRIC SUBSTRATE RU173996U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016143301U RU173996U1 (en) 2016-11-03 2016-11-03 DEVICE FOR CONTROL OF PARAMETERS OF SEMICONDUCTOR LAYERS ON A DIELECTRIC SUBSTRATE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016143301U RU173996U1 (en) 2016-11-03 2016-11-03 DEVICE FOR CONTROL OF PARAMETERS OF SEMICONDUCTOR LAYERS ON A DIELECTRIC SUBSTRATE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU173996U1 true RU173996U1 (en) 2017-09-25

Family

ID=59931422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016143301U RU173996U1 (en) 2016-11-03 2016-11-03 DEVICE FOR CONTROL OF PARAMETERS OF SEMICONDUCTOR LAYERS ON A DIELECTRIC SUBSTRATE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU173996U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2072587C1 (en) * 1993-07-15 1997-01-27 Московский институт электронной техники Method for checking non-uniformity of film
RU2185684C2 (en) * 2000-06-23 2002-07-20 Научно-исследовательский институт измерительных систем Method for flaw inspection of silicon films on insulating substrates
JP2011258904A (en) * 2010-06-11 2011-12-22 Sharp Corp Defect detector and defect detection method, control program, readable storage medium
RU2515415C1 (en) * 2012-11-30 2014-05-10 Закрытое Акционерное Общество "ТЕЛЕКОМ-СТВ" Method to control defect structure of epitaxial silicon layers on dielectric substrates

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2072587C1 (en) * 1993-07-15 1997-01-27 Московский институт электронной техники Method for checking non-uniformity of film
RU2185684C2 (en) * 2000-06-23 2002-07-20 Научно-исследовательский институт измерительных систем Method for flaw inspection of silicon films on insulating substrates
JP2011258904A (en) * 2010-06-11 2011-12-22 Sharp Corp Defect detector and defect detection method, control program, readable storage medium
RU2515415C1 (en) * 2012-11-30 2014-05-10 Закрытое Акционерное Общество "ТЕЛЕКОМ-СТВ" Method to control defect structure of epitaxial silicon layers on dielectric substrates

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4758786A (en) Method of analyzing semiconductor systems
US7898280B2 (en) Electrical characterization of semiconductor materials
US8896338B2 (en) Electrical characterization of semiconductor materials
US5907764A (en) In-line detection and assessment of net charge in PECVD silicon dioxide (oxide) layers
JP6604629B2 (en) Inspection apparatus and inspection method
US7403023B2 (en) Apparatus and method of measuring defects in an ion implanted wafer by heating the wafer to a treatment temperature and time to substantially stabilize interstitial defect migration while leaving the vacancy defects substantially unaltered.
US9110127B2 (en) Apparatus and method for electrical characterization by selecting and adjusting the light for a target depth of a semiconductor
US9880200B2 (en) Method and apparatus for non-contact measurement of forward voltage, saturation current density, ideality factor and I-V curves in P-N junctions
Gaubas et al. Study of polycrystalline CdTe films by contact and contactless pulsed photo-ionization spectroscopy
US4380864A (en) Method for providing in-situ non-destructive monitoring of semiconductors during laser annealing process
JP2013072843A (en) Semiconductor inspection method and semiconductor inspection device
CN110907792A (en) Method and device for determining GaN irradiation defect energy level by combining DLTS with DLOS
US6326220B1 (en) Method for determining near-surface doping concentration
Wilson et al. Multifunction metrology platform for photovoltaics
RU173996U1 (en) DEVICE FOR CONTROL OF PARAMETERS OF SEMICONDUCTOR LAYERS ON A DIELECTRIC SUBSTRATE
Drummond et al. Studies of photoconductance decay method for characterization of near-surface electrical properties of semiconductors
CN102662096A (en) Method for measuring surface photovoltage of semiconductor material
RU2515415C1 (en) Method to control defect structure of epitaxial silicon layers on dielectric substrates
US7405580B2 (en) Self-calibration in non-contact surface photovoltage measurement of depletion capacitance and dopant concentration
Yurchenko et al. Microwave whispering-gallery-mode photoconductivity measurement of recombination lifetime in silicon
Schüler et al. High resolution inline topography of iron in p-doped multicrystalline bricks by MDP
US20240085470A1 (en) Method and apparatus for non-invasive, non-intrusive, and un-grounded, simultaneous corona deposition and shg measurements
Schülera et al. High Resolution Inl Multicry
Roth et al. Comparison of photoconductance-and photo-luminescence-based lifetime measurement techniques
Schülera et al. High Resolution Inline Topogra Multicrystalline Bric

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20171104