Способ определения кристаллографической полярности поверхностей полупроводников Советский патент 1985 года по МПК H01L21/66 G01N27/62 

Изобретение относится к полупроводниковой технике я может быть использовано для определения кристаллографической полярности поверхностей полупроводниковых пластин, используемых для изготовления полупроводниковых приборов. Известен способ определения полярности поверхностей полупроводников lj , основанный на измерении интенсивнэсти отраженных от поверхности рентреновских лучей и сравнении этой интенсивности с расчетным .нием . Недостатком этого способа является его сложность, низкая экспрессность и достоверность, обусловленные необходимостью теоретического расчета интенсивностей. Наиболее близким к изобретению является способ определения кристал лографической полярности поверхностей полупроводников 2J 5 основанный на помещении образца в жидкость и визуальном наблюдении на его поверх ности фигур. Недостатком этого способа являет ся его сложность и низкая достоверность, связанная с необходимостью наблюдения травления фигур астеризм с помощью зрительной трубы. Другим недостатком этого способа является низкая экспрессность, связанная с необходимостью травления п верхности. Целью изобретения является упро щение способа, повышение экспрессно ти и достоверности. Цель достигается тем, что в спос бе определения кристаллографической полярности поверхностей полупроводн ков, основанном ка помещении образц в жидкость и визуальном наблюдении на его поверхности фигур, образец п мещают в диэлектрическую жидкость с удельным сопротивлением 5 ю .10 Ом-см и диэлектрической проница мостью 6 4-205 с помощью электрод вьтолненного в виде иглы, к образцу прикладывают импульс напряжения, им щий амплитуду 10-100 кВ, а о. криста лографической полярности полупроводн ка судят по картине nosepkHocTHbix стримерных разрядов. В качестве жи кости используют этиловый эфир уксу ной кислоты. Способ поясняется чертежом, где 1 полупроводниковая пластинаJ 2 стеклянная пластина ; 3 - электрод, выполненный в виде кглы. К одной полярной поверхности полупроводника, помещенного в диэлектрическую жидкость с удельим- сопротивЮ Ом-см лением Р 10 IV - IU - I 1J им см и ДИ электрической проницаемостью 2-20 прикладьюают высоковольтньй импульс электрического поля амплитудой 10100 кВ известной полярности. При этом длина разрядного промежутка составляет 150-600 мкм в зависимости от типа жидкости и величины электрического поля. Нижний предел по напряжению (10 кВ) определяется порогом возникновения разрядов, а верхний (100 КЕ)разрушением кристаллов.. При удельном сопротивлении жидкости Р меньше я 10 Ом-см и разрядном промежутке меньше 150 мкм крутизна импульса электрического поля на полупроводниковом кристалле недостаточна для возбуждения стримерных разрядов на поверхности. Если уО 10 Ом-сМ; а разрядньй промежуток длиннее 600 мкм, не происходит пробой разрядного промелгутка электрод - кристалл i-шн же в канале искры недостаточно высокая концентрация носителей заряда и он обладает высоким сопротивлением. Это приводит к увеличению падения напряжения на разрядном промежутке и уменьшению переноса потенциала на кристалл. Поверхностные стримервые разряды не возникаюТр когда используется жидкость с диэлектрической проницаемостью меньше 4, например трансформаторное масло (Е 2,2). Ограничение верхнего предела по диэлектр1-гческой проницаемости не достигнуто, поскольку используемые жидкости - серный эфир, этиловый эфир уксусной кислоты и ацетон имели диэлектрическую прон здае чость 4j 2, 6 и 20 соответственно. Поверхностные стркмерные разряды возникают либо на основе А атомов металла при отрицательной полярности5 либо на стороне 8 атомов неталлоица при положительной полярности импульсов подаваемого напряжения, . по местоположению наблюдд.емой визуально картины поверхностных стримернык .разрядов судят о кристаллографической полярности полупроводникОБ. Реальная поверхность noni iaeTCH в результате обработки кристалла

в химически полирующем травителе или химико-механическим способом. В качестве диэлектрической жидкости используют этиловый эфир уксусной кислоты.

Пример, Полупроводньжовую пластину из кристалла сульфида кадмия вырезают перпендикулярно направлению 000lj 5 механически ишифуют, обрабатывают в химически полрфующем травителе (0,5 в 16 NH-SO,) при температуре или химико-механически в потоке соляной кислоты, укрепляют на стеклянной пластине и помещают в диэлектрическую жидкость - этиловьпТ: эфир

уксусной кислоты (Р- 10 ОМСМ и

Е 6). с помощью электрода, выполненного Б виде иглы 3, через разрядньй промежуток длиной 200-300 ьжм к полупроводниковому кристаллу подают импульс электрического напряжения. Источником напрях ения служит импульсньй трансформатор на ферритовом кольце,, через перви ную обмотку которого разряжа рт конденсатор емкостью 0,01-0,1 мкФ, заряженный до нескольких киловольт.

При подаче на игловой электрод, расположенный от А -поверхности CdS на расстоянии 200-300 .мкм, импульса напряжения U 35 кВ отрицательной полярности в разрядном промежутке электрод - кристалл возникает искра В момент прихода: искры на кристалл на А-поверхности.CdS (плотность атомов Сё)появляетсясетка ярко светящихся разрядов, распространяющихся в приповерхностноГ слое кристалпа. Эти системы наблюдаются в виде длинных нитей, идущих по поверхности полупроводника, к а всем протязкении от которых отходят более короткие стримеры. В дальнейшем этот вид pas ряда будем называть елочкой.

При переклочении поляркости на обратную в возбуждении со стороны А елочка на А-поверхности исчезает и появляется на противополохснсй 8-стороне (плоскость атомов 5). Со стороны А при этом наблюдаются объемные стримеры в виде шестилучеБой звезды. На поверхности А CdS елочка появляется и при возбуждении отрицательной Полярностью со стороны

елочка на 8 -поверхности

В,

а

ггри этом появляется только при подач на кристалл импульса положительной

04578 4

ПОЛЯР1ЮСТ11;. Таким образом, независимо от расположения пластины полупроводника относительно электрода разря;ы на поверхности В возникают 5 при положительной полярности, а на поверхности А - при отригцательной полярности импульса электрического поля.

Стримерные разряды возбуждают 10 -1мпульсами напряжения амплитудой U 10,0 кВ при разрядном промежутке 150 мкм в этиловом эфире уксусной кмслотьи

Стр|-:мернь:е разряды возбужд.яют 55 -:м ульса1- И напряжения {J 50 кВ при разрядном промежутке 250 мкм в ацетоне ( :0 - 10- Ом-см, е 20,7). Стрнмернь е разряды возбуждают импульсами напряжения О 100 кВ при раз20 рядном промежутке 600 мкм в серном эфире (Р 10 Ог см, 4,22).

Если поверхность образца обработана только механически, то при напряжении и 10-100 кВ, длине ра.зряд25 него промежутка 100-2500 мкм и любой полярьости импульса в объеме образца разряды, 2 виде тонких ярко светящихся линий - cTpJiMepbij расходяшиеся под углом 60 друг к другу jg ч-;т ТОЧКИ припожснип электричсскего ПОЛЯ-. Зтн разряды распространяются в объеме кристалла под углами 5+2 и 45;:2 к поверхности пластинки в плоскостях j i О - 10 .

: npoTOTiin пр.инят способ определение ; р ис т о графической полярности полупроводниковf основанкьй на рентгенорской дифракции, Специфшса работьг с рентгеновским Q излучением и необходимость проведечи.; расчета определяют сложность способй : :знач.нтельные затрать .времени ( С 1 ч.). .бое разл1-1чие в и;;тенсчврост;х отраженньк рентге5 HOBCKiiK .г.гу;-:е.й от ГФОТИБОПОЛОЖНЫХ. граней кристалла повышает верояткостъ оп-кбки np:i определении полярн г. т и и о в ер X и о с т ftii,

.flpe.rviaraeiibui; способ по сравнеG Hii.:j с известном обладает след тощимк пр егмутцест в аг-.1и:

простотойJ ссусловленной визуалькьс; наблюдением псверхностньпс разряДО.З.. Еозкикающ-к на Д либо В по5 нерхнсстях полупроводниковой крисг.аллической пластинки,

гхспрессностью - затраты времени для определения крисиаплографической полярности образца составляет 10 с, что в 300-400 раз меньше по сравнению с известным}

высокой дос7оверностью при известной полярности импульсов напряжения Способ позволяет с вероятностью 100% проводить идентификацию полярных поверхнос тей.

Способ не требует дорогостоящих приборов,, он позволяет также определять кристаллографическую полярность образцов площадью меньше десятых долей мютлиметра, что невозможно известным способом.

Возникновение поверхностного разряда не сопровождается повреждением кристаллов, когда величина напряжения порядка 10-60 кВ.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ ПОЛЯРНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, основанный на помещении образца в жвдкость и визуальном наблюдении на его поверхности фигур, отличающийся тем, что, с целью упрощения, повышения экспрессности и достоверности, образец помещают в диэлектрическую жидкость с удельным сопротивлением р Ю - 10 Ом-см и диэлектрической проницаемостью S 4-20 с помощью электрода, выполненного в виде иглы, к образцу дрикладывают импульс напряжения, имеющий амплитуду 10-100 кВ, а о кристаллографической полярности поверхности полупроводника судят по 9 k/) картине поверхностных стримерных разрядов. 2. Способ по п.1,о т ли ч а ю щ и и с я тем, что в качестве диэлектрической жидкости исполИзуют этиловьй э4ир уксусной кислоты.