SU689423A1 - Способ определени профил концентрациипРиМЕСи B пОлупРОВОдНиКАХ - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИМЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

t

Изобретение относитс  к области контрол  электрофизических параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано дл  определени  профил  концентрации легирующих примесей в полупроводниковых слитках, пластинах, пленках, а также в различных полупроводниковых структурах и приборах (р-п переходы МДП, структуры, диоды, фотодиоды, транзисторы и др.).

Известен способ измерени  профил  концентрации примесей в полупроводниках , основанный на св зи емкости .обедненного сло  с (измеренной на малом сигнале) с рассто нием от металлического контакта или от более сильно легированной области р-п /перехода х и концентрацией примеси N (х) :

(1)

С2)

dv

где А и В - некоторые коэффициенты пропорциональности, а V- напр жение

на образце. Способ .заключаетс  в пропускании через образец посто нного по амплитуде тока высокой частоты f и измерении напр жени  этой частоте f и напр жени  на частоте 2f, выделившихс  на образце 1.

Напр жение на частоте f на образце пропорционально С и,- следовательно , согласно (1), пропорционально рассто нию X. После усилени  и детектировани  это напр жение подаетс  на вход горизонтальной развертки регистратора (дьухкоординатного

5 самописца или осциллографа), Напр жение на частоте 2f, выделившеес  на образце, пропорционально d(C)/dV и, следовательно, согласно (2), пропорционально l/N(x). После усилени 

0 и детектировани  оно может быть подано на вход вертикальной развертки регистратора. Если ввести в канал усилени  2f логарифмический усилитель , на вертикальный вход регист5 ратора будет попадать сигнал, пропорциональный logN(x). Дл  прохождени  всех возможных значений координаты X к образцу допо 1нительно прикладываетс  медленно измен ющеес  напр 0 жение смещени . При этом регистратор вычерчивает кривую l/N(x) или logN(x) как функцию х. Такие кривые иначе называютс  кривыми профил  концентрации примесей в полупроводнике ,

Данный способ имеет недостаток, заключающийс  в необходимости непосредственного электрического контакта к структурам типа р-п переходов, барьеров Шоттки и металл-диэлектрикполупроводник (МДП).

Известен способ контрол  электрофизических характеристик полупроводниковых материалов, заключающийс  в подаче на образец полупроводника напр жени  смещени , освещении его модулированным световьом потоком и регистрации переменной конденсаторной ЭДС 2. .

Известный способ позвол ет избавитьс  от непосредственного электрического контакта с полупроводниковы образцом.

Однако получение надежной информации в профиле концентрации примеси в полупроводнике с его помощью затруднительно.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений.

Поставленна  цель достигаетс  те что образец полупроводника одновременно освещают двум  потоками с частотами f, и fj и регистрируют переменное напр жение на комбинационных частотах:.

F, f, + f и - F f, - fj

Физическое обоснование описываемого способа состоит в следующем. При освещении в полупроводнике генерируютс  свободные электронно-дырочные пары. В области пространственного зар да они раздел ютс  и измен ют падающее на нем напр жение Это изменение напр жени  и называетс  фoтo-ЭДC.V В случае, когда модул ци  света идет на достаточно высокой частоте (практически - более 100 кГц), переменна  составл юща  генерируемого светом зар да Q не успевает рекомбинировать и идет ка зар дку емкости области пространственного зар да С. Между Q и V имеет место дифференциальное соотношение

dV

dQ(3) Величина С нелинейна и, в

ивою

очередь, зависит от Q. Ограничива сь двум  членами разложени  в р д, имеем

с-(()с-(а-о) . (4

Подставл   (4) и (3) и интегриру , получаем

dCcJ- l g

C5) d Q

иаи, использу  (3) ,

(6)

Если величина Q  вл етс  гармонической функцией времени

О QO sinojt, to 21tf, то из (6) следует, что перва  гармоника фото-ЭДС пропорциональна С , т.е., согласно (1), пропорциональна координате х, а втора  гармоника фото-ЭДС пропорциональнаd(с )/dN, т.е., согласно (2), пропорциональна l/N(x). Если величина Q  вл етс  суммой двух гармонических величин

Q-O sinujt, си 2Uf,

то обе первые гармоники фото-ЭДС пропорциональны х, а обе вторые гармоники фото-ЭДС, а также .сигналы фото ЭДС на комбинационных часто ,тах , + fj

1

пропорциональНЫ 1/N(x) .

В принципе дл  измерений достатоно использовать один световой поток модулируемый с частотой f/f f, /, дл  более точных измерений концентрации N(x) предпочтительнее использовать два световых потока с разными частотами модул ции f и f, и вести измерени  сигнала l/N(x) на одной из комбинационных частот. Причина этого состоит в том, что при существующих способах модул ции световые потоки, как правило, не  вл ютс промодулированными строго гармонически , а уже содержат высшие гармоники , в частности, вторую гармонику котора  будет создавать паразитный сигнал и вносить погрешность в измерени . С другой стороны, при наличии хороших (в смысле гармоничности ) модул торов света и пониженных требовани х к точности измерений частный случай предлагаемого способа , использующий только одну частоту модул ции, может оказатьс  даже предпочтительней ввиду своей простоты.

Преимуществом предлагаемого способа  вл етс  его мала  чувствительность к последовательным сопротивлени м в образце и контактах, а также к паразитным емкост м монтажа , контактов и входов усилителей поскольку в цепи источника фото-ЭДС все они включены последовательно с емкостью внешний электрод-образец. Величина последней много меньше емкости пространственного зар да и не зависит от напр жени- .

Способ может быть реализован с помощью устройства, изображенного на чертеже. Внешний полупрозрачный электрод 1 нанесен на торец стекл нного световода 2 и подведен к образцу 3. Между образцом 3 и элекродом 1 оставлен зазор в несколько микрон. Величину этого зазора можно контролировать, например, измер   емкость между электродом и образцом с помощью отдельной схемы. Через световод 2 и электрод 1 образец освещаетс  светом, испускаемым двум  светодиодами 4 и 5, питаемыми соответственно от генераторов с частотами f и fj (например, f 200 кГц f 300 кГц). Сигналы фото-ЭДС с электрода 1 поступают на усилители. Сигнал частоты f , пропорциональный координате х, после усилени  и дете тировани  поступает на х-вход регис ра(осциллографа или самописца), си1- кал частоты f + fij 500 кГц, пропорциональный обратной концентрации l/N(x), после усилени  и детектировани  поступает на у-вход регистратора . Электрод 1 по низкой частоте заземлен через входные резисторы усилителей , а на образец относительно земли подаетс  низкочастотное напр  жение (10-100 Гц, амплитудой 50500 В) от генератора смещени , которое измен ет ширину области прост ранственного зар да X в допустимых пределах (последние завис т от вели чины N(x) и могут лежать в диапазон О,1-100 мкм). Таким образом, на экране регистратора получаетс  крива  профил  концентрации примесей в полупроводниковом образце 3. Результаты измерений могут быть переданы дальше на какое-либо испол

Claims (2)

1. Выход нительное устройство, осуществл ющее , например, разработку образцов. Использование способа позволит исключить нарушение и загр знение образцов, увеличить точность измерений , упростить процесс измерений и распространить его на отдельные стадии технологического процесса производства полупроводниковых приборов и интегральных схем. Формула изобретени  Способ определени  профил  концентрации примеси в полупроводниках, заключающийс  в подаче на образец полупроводника напр жени  смещени , освещении его модулированным световым потоком и регистрации переменного напр жени  конденсаторной ЭДС, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, образец полупроводника одновременно освещают двум  потоками с частотами ff и f и регистрируют переменное напр жение с комбинационными частотами Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3518545, кл. 324-158, 30.06.70,
2. 2. Авторское свидетельство СССР №442398, кл. G 01 R 31/26, 05.09.74.