УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ Российский патент 1997 года по МПК H01L21/66 

Изобретение предназначено для оценки и визуализации структурных дефектов напряженных областей в поверхностных слоях твердых тел и может быть использовано в полупроводниковом материаловедении, а также физике полимеров, технологии машино- и приборостроения и др.

Известно устройство для измерения фото-эдс (1), содержащее предметный столик, на котором помещают анализируемый образец, лампу накаливания, щелевую диафрагму с перестраиваемой щелью, фокусирующую систему и плоское вращающееся зеркало. Образец подключен через широкополосный усилитель ко входу осциллографа. Данное устройство мало пригодно для анализа единичных образцов. Оно позволяет в основном определить участки образца с неоднородной концентрацией примеси. Недостатком следует считать также необходимость стандартизации и предварительной калибровки.

Наиболее близким к настоящему изобретению является устройство для визуализации поверхности образцов полупроводников и диэлектриков (2). Это устройство содержит вакуумную камеру, в которой расположены нагреватель исследуемого образца и регистратор потока электронов с его поверхности. Недостатком этого устройства следует признать его малую информативность, вызванную слабой стимуляцией фото-эдс.

Предметом изобретения является устройство для визуализации структурных дефектов. Оно содержит вакуумную камеру, блок освещения, блок нагрева и блок регистрации. В вакуумной камере расположен предметный столик. Она соединена с системой вакуумирования и регистрации вакуума. В стенке камеры выполнено окно из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения. Через вышеуказанное окно проводится фотостимуляция образца. Для фотостимуляции использован блок освещения, состоящий из источника света, ирисовой диафрагмы, собирающей линзы, поставленной на фокусном расстоянии от источника света, оптического фильтра и жестко закрепленного плоского зеркала, расположенного в вакуумной камере. Блок нагрева содержит нагревательный элемент, размещенный в предметном столике, и подключенный к узлу программируемого нагрева. Блок регистрации содержит электронно-оптический преобразователь, подключенный к высоковольтному источнику питания, и системы индикации.

Обосновывая существенность введенных в формулу изобретения признаков, отметим следующее. Использование вакуумной камеры с системой вакуумирования и системой регистрации вакуума в камере необходимо для работоспособности устройства, т.к. в среде любого газа, находящегося под давлением более 10^-3 Па эмитированные из образца электроны не достигают электронно-оптического преобразователя из-за столкновения с молекулами газа. Блок нагрева обеспечивает нагревание образца на предметном столике до любой наперед заданной температуры, что позволяет с помощью нагрева образцов, инициировать в них релаксационные процессы, вызывающие эмиссию. Элементы, входящие в конструкцию оптического блока, позволяют осуществлять фотостимуляцию электронной эмиссии из образца, что и позволяет, в совокупности с электронно-оптическим преобразователем и другими элементами блока регистрации, осуществлять визуализацию дефектов поверхности.

Заявитель отмечает, что из опыта его работы предпочтительнее использовать в качестве источника света ксеноновую лампу мощностью 250 Вт. Можно подобрать известные устройства для получения вакуума 10^-3Па в камере (условие работоспособности устройства), однако, для большей надежности устройства все же предпочтительнее снабжать вакуумную камеру системой регулирования и измерения давления. В качестве блока индикации предпочтительнее использовать вакууметр ВТИ-2.

Перечисленные в предыдущем абзаце признаки не являются необходимым для работоспособности устройства, но позволяет получить определенный положительный эффект по сравнению с устройством-прототипом, поэтому заявитель ввел их в зависимые пункты формулы изобретения.

Изобретение отличается от ближайшего аналога тем, что:
а) устройство дополнительно содержит нагреватель образца, подключенный к узлу программируемого нагрева;
б) нагреватель совмещен с предметным столиком;
в) индикатор информационного сигнала выполнен в виде электронно-оптического преобразователя;
г) вышеуказанный индикатор расположен в вакуумной камере;
д) устройство дополнительно содержит оптическую систему, кроме того, оптическая система выполнена в виде последовательно установленных источника оптического излучения, ирисовой диафрагмы, собирающей линзы, расположенной на фокусном расстоянии от источника оптического излучения, светофильтра, жестко закрепленного жесткого зеркала;
e) вакуумная камера снабжена системой регулирования и измерения давления;
m) устройство дополнительно может содержать блок индикации изображения.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 оптический блок устройства; на фиг. 3- эмиссионные картины кремниевой пластины при разных температурах нагрева. Устройство содержит вакуумную камеру 1, в которой размещены предметный столик 2, совмещенный с нагревателем 3, источник света в виде лампы ДКСЛ-250-4, с блоком питания 5, световод в стенке камеры из кварцевого стекла КУ-1-6, плоское зеркало 7 внутри камеры 1, электронооптический преобразователь 8, также размещенный внутри камеры 1 с высоковольтным источником питания ВС-30-9 и блоком индикации в виде телевизионной камеры 10, узел программированного нагрева 11, электрически подключенный к нагревателю 3 и систему вакуумирования 12.

Оптический блок, кроме источника света 4 содержит диафрагму 13, собирающую линзу 14, оптический фильтр 15 и плоское зеркало 7.

В качестве узла программируемого нагрева использован регулятор температуры программируемой РТП-3М, а в качестве электрооптического преобразователя ЭП-10-1, оптический фильтр выполнен в виде стеклянной пластины из специального стекла (БС-3, БС-4, БС-5 и т.д.).

Работа устройства показана на примере анализа образца кремния.

Кремниевая пластина КДБ-10 подвергалась предварительно шлифованию и полировке, после чего часть пластины подвергали облучению ионами Аг с энергией 50 кэв и дозой 10¹⁶см^-2.

Подготовленную пластину поместили в вакуумную камеру на предметном столике. Вакуумную камеру откачали до давления 10^-3Па. Включили лампу ДКСЛ-250 и подали с высоковольтного блока ВС-30. напряжение 10 кВ на электронно-оптический преобразователь. Получили эмиссионную картину кремниевой пластины при комнатной температуре на экране ЭП-10-1. Включили блок нагрева РТП-3М и произвели нагревание образца до необходимой температуры, во время чего велось наблюдение за изменением эмиссионной картины. От комнатной температуры до 200^oC наблюдалось фоновое изображение. После 300^oC четко вырисовывается более эмиссионно-активная облученная дефектная часть кремниевой пластины. Увеличение эмиссии вызывается отжигом A-центров и V-V-центров в кремнии, которой по литературным данным происходит при 300-500^oС. Как видно на изображении образца при 550^oС эмиссионная активность резко снизилась. Полученные результаты указывают на присутствие в облученном кремнии дефектов типа A-центры и V-V-центры.

Использование : изобретение предназначено для оценки и визуализации структурных дефектов в полупроводниковом материаловедении. Сущность изобретения: устройство для визуализации структурных дефектов содержит вакуумную камеру с размещенными в ней совмещенными нагревателями и предметным столиком и электрическим преобразователем, подключенным к блоку регистрации. Устройство содержит оптический блок, состоящий из источника оптического излучения, ирисовой диафрагмы, собирающей линзы, расположенной на фокусном расстоянии от источника и предметного столика, светофильтра, жестко закрепленного плоского зеркала. Нагреватель подключен к узлу программированного нагрева. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для визуализации структурных дефектов, содержащее вакуумную камеру с размещенными в ней совмещенными нагревателем и предметным столиком и электрическим преобразователем, подключенным к блоку регистрации, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оптический блок для равномерного освещения предметного столика, состоящий из источника оптического излучения, ирисовой диафрагмы, собирающей линзы, расположенной на фокусном расстоянии от источника и предметного столика, светофильтра, жестко закрепленного плоского зеркала, установленного для возможности освещения образца, а нагреватель подключен к узлу программированного нагрева. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вакуумная камера снабжена системой регулирования и измерения давления. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок индикации изображения.