Способ контроля однородности полупроводников Советский патент 1991 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к полупро- одн1 ковой технике и технологии, моет быть использовано для контроля олупроводников Яри их иэготоилении при изготовлении полупроводниковых риборов и предназначено для экспресной отбраковки полупроводниковых аготовокJ используемых при изготовении полупроводниковых приборов.

Цель изобретения - повьшение экс- пресйности при сохранении высокой точности контроля при определении однородности по составу полупроводникового соединения, а также при определении однородности распределения примеси.

На чертеже показана зависимость интенсивности I теплового излучения исследуемого образца полупроводника Cd Hg,« Те от ширины запрещенной зоны ЕП исследуемого полупроводника и количественного соотношения х зле ментов исследуемого полупроводника при разных температурах Т: кривая 1 Т,200 К, кривая 2 , кривая 3 Т АОО К.

П р И м е р. Для контроля однородности наиболее удобно использовать тепловизор, так как за KopioTKoe вре- ыя он дает информацию о тепловом излучении каждой точки полупроводника. По яркости И контрасту изображения исследуемого полупроводника -можно сразу сделать вывод о степени его неоднородности. По яркости или цвету изображения определяется количественное с тношение элементов или концентрация примеси во всем образце, если о№ неоднороден, или в его час тях,

Необходимо отметить, что использование тепловизора для определения степени однородности полупроводника нетипично для этих приборов, предназначенных для определения темпера- турньк различий объекта. Однако, так как тепловизор, в конечном счете, регистрирует тепловое излучение, то не имеет значения, чем вызвано его изменение - градиентом температуры или неоднородностью полупроводника.

Используют тепловизор типа AGA-680 Частота кадров индикаторного блока тепловизора AGA-680 составляет 16 кадров/сJ т.е. изображение исследуемого объекта возникает за время t 1/16 с. Это значение можно принять

в качестве минимального времени измерения данного прибора.

Спектральный диапазон дйнного тепловизора составляет 2-6 мкм.

Таким образом, его можно применять для контроля однородности соста- ва полупроводников со значением Е 0,2-0,6 эВ и для контроля однородности распределения примесей в полупроводниках с ,2 эВ. Минимально различимая разность температур тепловизора AGA-680 составляет 0,2 К при 300 К. Переводя по формуле Планка

температурную разрешающую способность в энергетическую, устанавливают, чтб минимально различимая разность ков теплового излучения (л1л,ин9 фиксируемая данным прибором, (AI)MMH

« 1-10 Вт/см

Теоретически или экспериментально градуируют используемый прибор в единицах En или X для конкретного полупроводникового соединения, находящегося при заданной температуре выйе фоновой. Теоретически интенсивность 1 теплового излучения исследуемого образца полупро водника зависит от-Е следующим образом;

,1± г

ТГТ ) IfTP р

ItE - c. И . , ДТчП

- 6 (i) -t- 6

flSl) %

kT

1г

(t)

% где h - постоянная EnaHKai к - постоянная Больцмана Т - температура (T con8t)i :с скорость света в вакууме. Б сложных полупроводниковых соединениях ширина запрещенной зоны однозначно зависит от состава Например, для ,.хТе эта зависимость хорошо описывается формулой

EjCx) «-0,25+5,233-to (1-2,08х+ +0,,327 (2)

Сложные -зависимости интенсивности 1 от Е| я, в конечном счете, от х в соответствии с формулами (1) И (2) представлены на чертеже.

Контроль однородности проводят на пластине CdgHg.v Те со средним значе- ,няем и толгцлной ,tOO мкм. Шнималыяо различимая тепловизором AGA-680 резкость Ка составляет 5 10 эВ при Е эБ. Таким обраО

зон, точнбсть контроля однородности данного образца по составу (лх),,

Для оценки точности контроля од- нородности распределения примеси исследуют германиевый образец со средней концентрацией нескомпенсированной донорной примеси Ne 1 10 см и толщиной мм. Коэффициент по- глощения теплового излучения на свободных электронах oi -2- 10 . Так KaKeigl 10 «1, образец является оптически тонким за краем фундаментального поглощения . Минимальная разност концентра1щи примеси (ЛНе),, , которую может зафиксировать тепловизор AGA-680, составляет , где Ng - концентрация свободных электронов, В данном образце способ позво- ляет обнаружить отклонение концентрации примеси на 640 более.

Увеличение экспрессности способа основано на том, что для регистрации теплового изображения измеряется ин- тегральная по частоте интенсивность 1 теплового излучения, а интегральные величины измеряются всегда быстрее, чем спектральные. Таким образом увеличение экспрессности способа но- с;ит принципиальный характер.

Высокую точность способа, определяют сильная зависимость I от Е- и х и пропорциональность теплового излучения концентрации легирующей приме- си,

Ф о.р м у л а из о б р е т е н и я

1. Способ контроля однородности полупроводников, включающий изготовление пластины полупроводчика толщиной 1, определяемой соотношением ci-l Xl, где fti коэ()ицнент поглощения излучения на свободньгх носителях заряда, отличающийся тем, что, с целью попьипения экспрессности при сохранении высокой точности, пластину нагревают до температуры вьппе фоновой, регистрируют тепловое изображение образца и по однородности и контрасту теплового изображения определяют степень однородности полупроводника.

2.Способ ПОП.1, отличаю- щ и й с я тем, что, с целью повышения экспрессности при сохранении высокой точности при контроле однородности по составу полупроводникового соединения, регистрируют тепловое изображение образца в диапазоне длин волн, удовлетворяющих условию

-I

1 J AltlH

где h - постоянная Планка}

с - скорость света в вакууме; - длины волн, на которых регистрируют тепловое изображение полупроводника; ориентировочно минимальная пшрйна запрещенной зоны исследуемого полупроводника.

3.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что, с целью повышения экспрессности при сохранении высокой точности при контроле однородности распределения примеси, регистрируют тепловое изображение образца

в диапазоне длин волн, удовлетворяющих условию

„he...

МНИ

У,н8т-сн

Изобретение относится к метрологии электрофизических параметров полупроводников и предназначено для экспрессной отбраковки полупроводниковых заготовокj используемых при изготовлении полупроводниковых при- боров. Цель изобретения - увеличение . экспрессности при сохранении высокой точности контроля при определении .однородности по составу полупроводникового соединения, а также при определении однородности распределения примеси . Исследуемый образец полупроводника в виде пластины, оптически тонкой в диапазоне длин волн за краем фундаментального поглощения, нагревают до температуры выше фоновой и регистрируют его тепловое изображение. При контроле однородности по соотношению х элементов полупроводникового соединения тепловое изображение регистрируют в диапазоне длин волнЯбЬс/(Еа)„ц„ , а при контроле однородности распределения примесй- в диапазоне he/(ЕЛ) мин где h - постоянная Планка; с скорость све- .та в вакууме,(Еа)мин- ориентировочно минимальная ширина запрещенной зоны полупроводника. По однородности и контрасту теплового изображения судят о степени однородности образца, предварительно определив зависимость интенсивности теплового излучения от ЕЯ и X. 2 а,п. ф-лы, 1 ил. с SS (Л с СдЭ

W-

«Л.

az

0Д Й W JtMtf.j

чiX . . :.,«. gl

02

Uf

uf

Г(,отле9.