Способ определения электрофизических характеристик полупроводников Советский патент 1990 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля с помощью сфокусированных электронных потоков и может быть использовано для диагностики и отбраковки полупроводниковых структур,

Цель изобретения - обеспечение возможности измерения наведенной фотоЭДС и относительного значения плотности обратного тока р-п-перехода.

На фиг. 1 изображена блок-схема установки, реализующей данный способ; на фиг. 2 - зависимость поверхностной фотоЭДС от интенсивности излучения; на фиг. 3 и 4 - кривые сигнала вентильной фотоЭДС, полученные при сканировании вдоль строки.

Установка содержит столик 1 с образцом, светодиод 2, генератор 3 переменного

тока, коллектор 4 потенциального контраста, сетку 5 коллектора, усилитель 6, синхронный детектор 7, двухкоординатный самописец 8, видеоконтрольное устройство 9. На фиг. 2 приведены: зависимость поверхностной фотоЭДС, полученная на неимплантированной области кремния КДБ-10 при токе электронного зонда 0,1 нА и энергии электронов 15 кэВ - кривая 10; зависимость поверхностной фотоЭДС, полученная на имплантированной фосфором области пластины кремния (доза имплантации мкКл/см2) при тех же параметрах электронного зонда - кривая 11; зависимость фотоЭДС на имплантированной области кремния КДБ-0,1 при токе сканирующего электронного зонда 50 пА и энергии электронов 2 кэВ - кривая 12; зависимость фотоЭДС

сл

N4 00 Ч| VJ О

от освещения , полученная на имплантированном фосфоре {доза имплантации Фр -16 мкКл/см2)при тех же параметрах электронного зонда - кривая 13.

Пример. Образец, помещенный на сголик 1 растрового электронного микроскопа, освещают светодиодом 2, который подключен к генератору 3. Сигнал с выхода коллектора 4 снимают в режиме потенциального контраста, т.е. подают на сетку 5 потенциал, отрицательный относительно образца. Сигнал усиливают с помощью усилителя б, подают на сетку 5, обеспечивая режим линеаризации, и регистрируют синхронным детектором 7, выход которого подсоединен к самописцу 8 или ВКУ 9. Измерения проводились на микроскопе мини-СЕМ. Ток зонда достигал 0,2 нА, ускоряющее напряжение 2 и 15 кВ, Были использованы также светоди- од АЛ 119, генератор ГЗ-36, усилитель У5- 10, детектор 128А.

Измерения поверхностного потенциального барьера проводились на пластинах кремния КДБ-10 и КДБ 0,1, часть поверхности которых была имплантирована фосфо- ром с энергией Е 50 кэВ и дозой Фр 16 мкКл/см . Поверхность освещалась светодиодом с интенсивностью 40 мВт/см2, энергия квантов 1,3 эВ. Свет модулирован частотой 1 кГц. Регистрируемое простран- стсенное разрешение сигнала 0,1 мкм. Коэффициент усиления выбирался равным 20. Далее понижали ток зонда и его энергию до выхода регистрируемого сигнала в насыщение, Для пластины КДБ-10 это 0,1 нАи15кВ соответственно. Для пластины КДБ-0,1 насыщение достигалось при токе 50 пАи энергии 2 кэВ. Далее изменяли частоту модуляции в диапазоне 0,1 - 10 Гц. Уменьшение сигнала фотоЗДС наблюдалось при частотах выше 5 кГц. При частоте 1 кГц в полосе 3 Гц снимали зависимость сигнала фотоЭДС от интенсивности освещения (кривая 11 на фиг. 2). По значению насыщения сигнала определяли поверхностные потенциальные барьеры участков поверхности, т.е. наведенной фотоЭДС. Измеренные величины составляли 117, 210, 57 и 128MB.

Другой пример конкретного выполне- ния способа предусматривает анализ рези- сторной сборки, Кривые, представленные на фиг, 3 и 4, представляют собой осциллограммы вентильной фотоЭДС, полученные при сканировании сборки в течение 100 с зондом с током А и энергией 15 кэВ Интенсивность освещения при этом составляла 40 мВт/см2, частота модуляции 5 кГц. Усилитель работал с коэффициентом 30. Режим работы (ток зонда и энергия электронов) выбирался аналогично примеру 1. Кривая на фиг. 4 получена при пересечении границы p-n-перехода и подтверждает возможность измерений с субмикронным разрешением. Для оценки плотности обратного тска p-n-перехода интенсивность освещения снижали до выхода регистрируемого сигнала на линейный участок зависимости фотоЭДС (Уф) от интенсивности освещения Сев). При этом регистрируемый сигнал равен

иф КХщО+фггШ: е v lo e lo где 1ф - плотность фототока и фНСв,

0 - плотность обратного тока р-п-пере- хода;

К- постоянная Больцмана;

Т - температура;

е - заряд электрона.

Выход на линейный участок наступал пр Kf

i

ГВ

5 мВт/см2 и иф - 25 мВ.

в

Измеренные относительные значения плотностей обратных токов трех р-п-пере- ходов (см. фиг. 3) соотносятся 1:25:18.

Таким образом, данный метод позволяет получать информацию о величинах потен- циальных барьеров на поверхности полупроводниковых объектов, измерять абсолютные значения фотоЭДС с высокой локальностью.

Формула изобретения

1. Способ определения электрофизических характеристик полупроводников, за-. ключающийся в облучении участка объекта с эталонными параметрами электронным зондом, измерении вторично-эмиссионного сигнала в режиме потенциального контраста с линеаризацией, присвоении измеренному сигналу реперного значения, облучении электронным зондом контролируемого участка полупроводникового объекта, повторном измерении вторично эмиссионного сигнала, его сравнении с ре- перным значением и определении искомого параметра по результатам сравнения, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения наведенной фотоЭДС и относительного значения плотности обратного тока р-п-перехо- да, изменяя мощность зонда, определяют ее максимальное значение, при котором измеряемый сигнал не зависит от значения мощности, и устанавливают рабочую мощность , зонда, не превышающую найденного значения, объект дополнительно облучают равномерным по сечению импульсным потоком оптического излучения с энергией квантов,

большей ширины запрещенной зоны материала объекта, изменяют интенсивность и частоту следования импульсов оптического излучения до выхода зависимости измеряемого сигнала от перечисленных параметров оптического излучения в рабочую область, осуществляют измерение опорного сигнала и определение искомой величины.

2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что при измерении наведанной Фсто- ЭДС в качестве рабочей области зависимо0

сти измеряемого сигнала от интенсивности излучения используют участок насыщения этой зависимости.

3. Способ поп. 1, отличающийся тем, что при измерении относительного значения плотности обратного тока р-п-пере- хода в качестве рабочей области зависимости измеряемого сигнала от интенсивности излучения используют линейный участок этой зависимости.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано для анализа полупроводниковых структур на ранних стадиях, техпроцесса. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения наведенной фотоЭДС и относительного значения плотности обратного тока P-N-перехода. Подбирают мощность электронного зонда, обеспечивающую насыщение регистрируемого в режиме потенциального контраста вторично эмиссионного сигнала, при этом образец облучают импульсным потоком оптического излучения. Подбором частоты следования импульсов или их интенсивности осуществляют вывод измеряемой зависимости в рабочую область. После этого выполняют измерение. 3 ил.

Фаг 1

В

Up, В

о.ь

ftftWlW

s

0,

0.2

,

. UA

20«0 xtHKtf

ФигЗ