Способ определения параметров полупроводниковых материалов Советский патент 1992 года по МПК G01R31/28 H01L21/66 

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля электрофизических и геометрических параметров полупроводниковых эпитаксиальных и диффузионных структур и предназначено для измерения удельных сопротивлений и толщины каждого из слоев двухслойного сло- истонеоднородного материала.

Известен способ измерения параметров слоев слоистонеоднородных материалов по импедансу волноводной линии передачи, открытый конец которой шунтируется контролируемым материалом.

Недостатком этого способа является невозможность независимого определения удельных сопротивлений и толщин слоисто- неоднородных материалов по первичной

измерительной характеристике - импедансу. Это обусловлено особенностью многопа- раметровых по своей сути измерений, заключающихся в необходимости априорной информации о толщинах слоев при измерении их удельных сопротивлений и о удельных сопротивлениях при измерении толщин слоев, и не позволяющей вследствие этого осуществлять раздельное измерение как удельных сопротивлений, так и толщин каждого из слоев двуслойной пластины.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов по соотношению мощностей электромагнитных колебаний-на входе и выходе линии

2

О СО

со VI

передачи, излучающая щель которой шунтируется контролируемым материалом.

Недостатком этого способа также является невозможность определения удельных сопротивлений и толщин каждого из слоев двухслойных слоистонеоднородных пластин.

Цель изобретения - обеспечение возможности измерения толщин и удельных сопротивлений слоев двухслойных полупроводниковых пластин.

На чертеже показаны микрополосковая линия с размещенной в области щели пластиной исследуемого полупроводника.

Пример. Измеряют параметры кремниевой эпитаксиальной структуры типа

76

5КЭФ 0,2

500 ЭКЭС 0,01

Устанавливают значение частот электромагнитных колебаний f 10 ГГц, удовлетворяющее условию

VP

вых Ро

раметра vpBbtx , , какVpBblx 1

0,848..

По значениям Vp ,Vp v pBb( с помощью выражения °°

-„ )0 -Ур

р А

вых.

о- Юо&хр 1)

определяют величину удельного сопротивления подложки /PI, равную 0,0103 Ом-см.

Переворачивают исследуемую пластину и закрывают щель излучателя эпитаксиаль- ным слоем, измеряют мощность Рвых.2 сигнала на выходе датчика при этом, равную 9И6 мВт, и вычисляют значение параметра

Рвых.2 ° 957 как VPBbIx.2 Рвых.2/Ро

Вычисляют по формулам

d2Jnf inpz

C°i -А.) + d2 v5rf/«n

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля геометрических и электрофизических параметров слоистонеоднородных материалов, в частности толщин и удельных сопротивлений эпитакси- альных полупроводниковых структур. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения удельных сопротивлений и толщин двуслойных пластин. Способ контроля заключается в измерении четырех значений мощности электромагнитных колебаний определенным образом выбранной частоты в волноводной или полосковой линии передачи при открытой излучающей щели в ограничивающей их металлической поверхности, закрытой эталонным материалом и последовательно обеими сторонами контролируемой структуры. Значения толщин слоев и их удельных сопротивлений вычисляют по расчетным соотношениям или по номограммам, полученным с помощью эталонов. у fc

/91 и

Лfin

f

pi

лт/ndj

где . /Э2и, din и J2H - оценочные значения удельных сопротивлений и толщин слоев пластины; /гп - магнитная проницаемость материала; /91н 0,01 Ом -см ; /02н 0,2 Ом -см; /гп 4 П Гн/м; diH 500 мкм; d2n 5 мкм.

При отсутствии исследуемой пластины измеряют значение мощности на выходе излучателя Р, 53,5 мкВт и определяют

величину Vf5 0,073, как Vp -SP, где

оосоro

РО 10 мВт - уровень мощности колебаний на входе излучателя. Закрывают щель излучателя эталонной пластиной кремния КЭФ 7,5 с удельным сопротивлением рз - 7,50 м-см и толщиной d9 3 мм, удовлетворяющей условию da

- , измеряют

мощность сигнала Рэ на выходе датчика, равную 2,18 мВт и вычисляют значение параметра, как

vp7

VPJ

Ро

0,467.

Закрываю щель излучателя подложкой исследуемой структуры, измеряют уровень мощности Рвых 1 сигнала на выходе датчика, равный 7,19 мВт, и вычисляют значение па

25

d2

b - Vfa2 - 4ac 2a

a t3(

b ( 4/qi -pi) (2 + w Г f ) - 4pi ); г.,

i1

C WH (Ps-)(2 +

40

Л -д. )0-.2)

s о-С)(г2/рм-1)

удельное сопротивление и толщину d2 эпитаксиального слоя, равные

/32 0,21 Ом-см; d2 6 мкм.

Предлагаемый способ превосходит известные методы, во-первых, по информативности - измеряются одновременно и независимо толщины и удельные сопротивления слоев структуры, а во-вторых, по экс- прессности, что может позволить решить проблему автоматизированных контрольно- измерительных комплексов для применения в условиях производства.

Формула изобретения Способ определения параметров полупроводниковых материалов, включающий воздействие на контролируемый материал электромагнитным излучением с мощностью Р через щель в проводящей поверхности, ограничивающей СВЧ-линию передачи, и измерение мощности на ее выходе, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения удельных сопротивлений и толщин слоев двухслойных пластин, частоту электромагнитного излучения устанавливают из соотношения

Р1н

f

р1н

лfin лр„ oi

где /91н, /02н. diH и d2H - оценочные значения удельных сопротивлений и толщин слоев пластины, fin - магнитная проницаемость

0

5

материала, причем облучают контролируемую пластину дважды - последовательно с двух сторон, измеряя значения мощности на выходе линии передачи РВых.1 и РВых.2 соответственно, и дополнительно воздействуют на эталонную пластину, выполненную из материала с известным значением удельного сопротивления рз и толщиной d3. удовлетворяющей условию бэ У ff , измеряя

1JTT fin

при этом мощность рз, на выходе линии передачи, а искомые значения удельных сопротивлений /D1 и /32 и толщин слоев di, 62 определяют расчетным путем.