УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДЯЩЕГО СЛОЯ НА НЕПРОВОДЯЩЕЙ ПОДЛОЖКЕ Российский патент 1995 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для входного и межоперационного контроля активных слоев на полуизолирующих подложках при изготовлении интегральных схем.

В современной микроэлектронике величина поверхностного сопротивления R_s, создаваемого проводящим слоем на полуизолирующей подложке, измеряется зондовыми методами, требующими наличия омического контакта с измеряемой поверхностью. Для создания такого контакта, например, к арсениду галлия необходимо формирование измерительной структуры на рабочей стороне пластины [1]
Известны бесконтактные способы измерения сопротивления полупроводников, использующие включение измеряемого образца в колебательный контур, присоединенный к генератору токов высокой частоты (ВЧ), и емкостную связь соответствующих элементов контура с образцом [2]
Прототипом заявляемого технического решения является устройство, содержащее колебательный контур LC, собственная частота которого несколько превышает частоту колебаний, генерируемых ВЧ-источником. Параллельно контуру включен с помощью емкостной связи образец контролируемого полупроводника. Связь осуществляется с помощью накидных металлических зажимов или U-образных гнезд, куда укладывается образец. Поверхность образца и зажим можно рассматривать как обкладки конденсатора. Изменяя эту емкость связи (которая для этого должна быть выполнена переменной), добиваются настройки контура в резонанс с генератором. Измеряя амплитудное значение напряжения, расчетом определяют величину сопротивления образца. При этом рабочая частота f и С определяются тем, каковы должны быть измеряемые значения сопротивления:
f 1/2π R_maxC, (1) где R_max наибольшее значение измеряемого сопротивления [3]
Описанное устройство предназначено для измерения удельного сопротивления образцов объемно-проводящего материала, имеющих форму стержней круглого сечения, и неприменимо для измерения сопротивления проводящего слоя R_s в силу того, что в случае плоского образца электроды должны быть плоскими и располагаться с целью бесконтактных измерений с обратной стороны пластины; для образца, представляющего собой проводящий слой на непроводящей подложке, измеряемое сопротивление определяется не только искомой величиной
R_s ρ /d, (2) где ρ удельное сопротивление проводящего слоя; d толщина слоя, но и эффектом растекания тока (например, Малышев В.А. Измерение удельного сопротивления полупроводниковых материалов методом сопротивления растекания.//Обзоры по электронной технике, сер. 2, вып. 6, 1974). Поскольку растекание тока зависит от толщины слоя d, которая обычно неизвестна, то невозможно установить однозначное соответствие между искомым сопротивлением образца R_s и измеряемым активным сопротивлением контура.

Предлагаемое устройство позволяет измерять сопротивление проводящего слоя на непроводящей подложке благодаря тому, что электроды выполнены плоскими, расположены в одной плоскости и зазор между ними имеет форму кольца, что исключает растекание тока. При этом искомое сопротивление образца R_s при любой толщине слоя однозначно связано с измеряемым сопротивлением контура R зависимостью
R_S= R R_п (3) где l ширина зазора; S среднее арифметическое длин окружностей, образующих зазор; R_п сопротивление потерь контура, определенное на образце с известным сопротивлением.

Помимо расположением и формой электродов предлагаемое устройство отличается от известных тем, что вместо переменной емкости в нем используется ВЧ-генератор, настраиваемый на частоту резонанса контура, что конструктивно проще.

На чертеже представлена эквивалентная схема устройства, где измеряемая подложка 3 соединена с генератором 1 переменного напряжения и измерителем 2 тока колебательным контуром, содержащим индуктивность 4 и емкости 5, образованные проводящим слоем и электродами.

Измерения осуществляют следующим образом. Измеряемую пластину располагают на обкладках проводящим слоем вверх. Затем подают напряжение и, изменяя частоту, добиваются максимального значения тока, соответствующего резонансной частоте, по которому определяют сопротивление контура R. Затем по формуле (3) рассчитывают величину R_s.

Так, с помощью предлагаемого устройства были измерены сопротивления эпитаксиальных и ионно-имплантированных проводящих слоев в диапазоне R_s= 400-10000 Ом/□ на подложках из арсенида галлия диаметром 60 мм, толщиной 600 мкм. Толщины проводящих слоев составляли 0,02-0,5 мкм.

Электроды, выполненные из меди, образовывали зазор в форме кольца с внутренним и внешним диаметрами 15 и 24 мм соответственно. Собственная частота колебательного контура составляла 2,3 МГц, сопротивление потерь R_п 850 Ом. Результаты измерений были сопоставлены со значениями, полученными на тех же образцах электрофизическими методами после формирования измерительных структур. При этом отличие между значениями R_s, вычисленными по формуле (3) и измеренными двухзондовым методом для всех толщин слоев, не превышает 5% что указывает на независимость результатов измерений от толщины слоя.

Использование предлагаемого устройства измерения сопротивления проводящего слоя обеспечивает по сравнению с существующими устройствами следующие преимущества: бесконтактный характер измерений измеряемая пластина соприкасается с обкладками конденсаторов обратной стороной; отсутствие какой-либо подготовки поверхности, наличие диэлектрических пленок на рабочей или обратной стороне пластины (например, естественного оксида) не влияет на результаты измерений; простоту и высокую производительность полная длительность измерения одного образца при ручной настройке не превышает 1 мин. Эти преимущества позволяют проводить стопроцентный входной контроль проводящих слоев, а также межоперационный контроль (например, постимплантационного отжига), что ведет к повышению процента выхода годных интегральных схем.

Использование: для контроля параметров полупроводниковых материалов и структур. Сущность изобретения: устройство предназначено для измерения сопротивления структур, представляющих собой проводящий слой, расположенный на непроводящей подложке, посредством включения образца в колебательный контур, настраиваемый в резонанс. Электроды устройства выполнены плоскими с кольцевыми зазорами между ними и расположены в одной плоскости. Измерения являются бесконтактными и позволяют исключить эффект растекания тока. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДЯЩЕГО СЛОЯ НА НЕПРОВОДЯЩЕЙ ПОДЛОЖКЕ, содержащее настраиваемый в резонанс колебательный контур и соединенные с ним два электрода, отличающееся тем, что электроды выполнены плоскими с кольцевым зазором между ними и расположены в одной плоскости.