Способ определения локальных дефектов поверхности Советский патент 1985 года по МПК G01N21/91 

00 1C

со

СП

4

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ путем нанесения на поверхность люминесцирующего вещества, рблучения исследуемой поверхности светом и регистрации фотолюминесценции локализованного в дефектах люминесцирующего вещества. отличающийся тем, что, с целью определения распределения заряженных электронных ловушек в системе полупроводник - диэлектрик, люминесцирующее вещество наносят на поверхность структуры полупроводник . диэлектрик с концентрацией 0,5 - мономолекулярного слоя, регистрируют фотолюминесценцию адсорбированных молекул люминесцирующего вещества, сканируя по поверхности излучением, имеющим энергию.квантов в полосе поглощения нанесенного вещества, до и после заряжения дефектов, и по раз§ ности интенсивности люминесценции, величина которой пропорциональна чис(Л лу заряженных дефектов, судят о распределении заряженных электронных ловушек .

7020 с1(нп)

Фиг. Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении распределения заряженных дефектов на поверхности в сис темах диэлектрик - полупроводник и при технологическом контроле лазерного или термического отжига дефектов в таких системах, являющихся основой большинства совеременных полупров.одниковых приборов. Целью изобретения является опреде ление распределения заряженных элект ронных ловушек в системе полупроводник - диэлектрик. На фиг. 1 и 2 схематично изображе ны зонные диаграммы структур Ge GeO красителя (эритрозина) и Si Si02 красителя (кумарина) сойтветственно (Ef-g, Eyg, Ej. , Е у/,- границы зоны проводимости и валентной зоны для полупроводника и окисла соответственно; Sj, и S - основной и возбуж денньй синглетные уровни адсорбирова ного красителя. Пунктиром обозначены уровни, соответствующие заряженным ловушкам .диэлектрика, Е - глубина этих ловушек); на фиг. 3 изображена граница заряженной и незаряженной об ластей в структуре Се - GeOg - эритрозин, определенная данным методом; на фиг. 4 - граница заряженной и незаряженной областей в структуре Si SiOj - кумарин; на фиг. 5 - двумерное распределение заряженных центров в системе Si - Si02, полученное ( предлагаемым способом; на фиг. 6 определение степени лазерного отжига дефектов в структуре Si - Si02 предлагаемым способом. Способ определения заряженных дефектов на поверхности структур диэлектрик - полупроводник заключается в следующем. На поверхность структуры типа пол проводник - диэлектрик наносят молекулы органического красителя любым из известных способов: напылением в вакууме, высаживанием из раствора и др. Оптимальная концентрация молекул красителя на поверхности составляет 0,5 - 0,8 мономолекулярного покрытия Фиксируют люминесценцию адсорбирован ных молекул красителя , у) при сканировании по поверхности света, имеющего энергию квантов в полосе поглощения данного красителя. Затем проводят зарядку поверхностных дефектов образца путем инжекции носите лей либо из объема полупроводника, либо из валентной зоны диэлектрика под действием излучения или в результате приложения электрического поля. В дальнейшем опять фиксируют люминесценцию красителя на поверхности образца J(x, у). В том случае, если энергия квантов люминесценции красителя превьшгает глубину залегания дефектов под разрешенными зонами, становится возможным безызлучательный перенос энергии возбуждения адсорбированных молекул красителя к электронам или дыркам, локализованным на дефектах поверхности. Появление такого дополнительного канала безызлучательной диссипации энергии приводит к тушению люминесценции возбужденных молекул на величину дЗ Эр - 3, причем вероятность этого процесса в каждой точке образца пропорциональна числу заряженных центров - акцепторов энергии N(x, у). Поэтому, измеряя изменение интенсивности люминесценции молекул лЗ(х, у) после заряжения дефектов, непосредственно получают картину распределения этих дефектов на поверхности образца N(x, у). Пример 1. Определение заряженных областей в структурах Ge GeO - эритрозин и Si - SiO - кумарин . Структуры типа полупроводник - диэлектрик на основе кристаллов Ge и Si используют при создании большинства современных полупроводниковых приборов, в частности при создинии эффективных элементов памяти. Информацию записывают путем инжекции электронов светом из валентной зоны полупроводника и ихзапоминанием на глубоких ловушках диэлектрического слоя (переход 1, фиг. 1). При создании ячеек памяти такого типа необходимо знать границы заряженных областей на поверхности кристаллов, распределение заряженных центров. Использование изобретения позволяет быстро и сравнительно просто получить эту информацию. На поверхность кристаллов наносят из спиртовых растворов соответствующие красители. Для Ge и Si ими могут быть эритрозин и кумарин соответственно. Фиксируют люминесценцию Ло(х, у) адсорбированных молекул на поверхности незаряженных кристаллов. Эн ергия возбуждающего люминесценцию света 2,3 эВ для эритрозина и 3,U8 эВ для кумарина соответственно. Затем производят засветку части поверхности кристаллов светом с энергией квантов, соответствующей переходу 1 на фиг. 1 (2,9 эВ для системы Ge - GeOj и 4,.1 эВ для системы Si - SiO) . Опять снимают люминесценцию красителя .1(х, у) на поверхности образт1,а. Энерги квантов света, возбуждающих люминесценцию, ниже пороговых значений, необходимых для зарядки дефектов поверхности (2,3 эВ для системы Се GeOj - эритрозин и 3,08 эВ и 4,1 эВ для системы Si - Si02 - кумарин (фиг. 2), поэтому искс1жения картины распределения заряженных центров и из подзарядки в процессе снятия спекров люминесценции не происходит. Как видно из фиг. 3 и 4, величина лЛ(х) Jg(х) - J(х) позволяет четко определить границы заряженных и незаряженных областей на поверхности кристаллов . Распределение зарядов внутри областей заряжения в данном случае достаточно однородно. Фиксируя люминесценцию при сканировании по осям X и у, можно получить двумернуюкартину распределения заряженньк дефектов на поверхности, представленную на фиг. 5.

П р и м е р 2. Использование предлагаемого способа при лазерном отжиге поверхностных дефектов.

Модификация поверхности путем лазерного отжига широко используется в современной полупроводниковой технологии. Облучение участков поверхности кристаллов мощным лазерным облуче Е(эВ}

нием приводит к ее структурной перестройке и к изменению числа поверхностных дефектов. Фиксируя люминесценцию адсорбированных молекул красителя на поверхности кристаллов до и после лазерного отжига, можно получить картину изменения системы поверностны5 дефектов в результате отжига

Для .того, чтобы предлагаемым способом оценить, какая часть дефектов отжигается в результателазерной обработки, необходимо зарядить поверхностные дефекты в подвергнутой отжигу и в исходной области кристалла, снять распределение интенсивности люминесценции до и после заряжения и построить зависимость ,5Э(х). Как видно из фиг. 6, уменьшение интенсивности люминесценции после заряжения в области отжига ЛЗ приблизительно вдвое меньше соответствующей величины 4j в контрольной области. Посколку величина д пропорциональна концентрации заряженных дефектов, а их число в данном случае пропорционально полной концентрации дефектов N,., можно заключить, что этот этап лазерного отжига, примерно, вдвое уменьшил число поверхностных дефектов .

Точность предлагаемого люминесцентного метода при определении заряженных участков поверхности составляет Д/2, где Л - длина волны люминесценции. Поэтому его применение в качестве метода контроля при лазерном отжиге, где поверхностное разрешение также составляет величину не более , где Д - длина волны лазерного излучения, является целесообразным и эффективным.

го а(нм)

Не заряжено

Л1{отн.е9)

0,5Л1о

(отн1

Заряжена

5Д(мм/ 10

Фиг.З

5

0-- it и и It

к К к

X X J J

-Ь1-

5W 152В 25 Afrfi

ФигЛ