Способ бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок Советский патент 1992 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к технической физике, в частности к электроизмерительной технике, является усовершенствованием изобретения по авт.св. СССР № 1642410 и может быть использовано для неразрушающего измерения (контроля) удельного электросопротивления полупроводниковых пленок.

Известны способы бесконтактного измерения удельного сопротивления материалов, заключающиеся в том, что при внесении исследуемого образца в СВЧ-ре- зонатор изменяются параметры резонатора (резонансная частота, выходной сигнал, ток и т.п.), и по изменению одного из этих параметров можно судить об электропроводности материала (авторское свидетельство СССР N 758861, кл. G 01 R 27/00, 1978).

Вышеуказанные способы обладают рядом недостатков: необходимостью применения дорогостоящей СВЧ-аппаратуры; нелинейностью отклика, что затрудняет калибровку и непосредственное считывание

результатов; ограничением размеров образцов.

Известен способ бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводников, заключающийся в том, что образец помещают в СВЧ-резонатор перпендикулярно электрическим силовым линиям поля, модулируют удельное электросопротивление образца светом и по глубине модуляции СВЧ-сигнала на выходе резонатора судят о величине удельного электросопротивления полупроводниковой пленки (Воробейчиков Э.С., Наливайко Б.А. Фотомодуляционный бесконтактный метод измерения удельного электросопротивления высокоомных пленок. - Электронная техника, 1971, сер.12. в.1, с. 39-42).

Данное техническое решение обладает следующими недостатками.

Недостаточной точностью, поскольку при измерении не учитывается влияние толщины полупроводникового слоя; неизвестно, в каком диапазоне частот изменения

«

сл

00 СЛ 00

ю

ю

параметров СВЧ-резонатора максимальны; точность измерений зависит от размеров и ориентации образца.

Необходимо использовать дорогостоящее СВЧ-оборудование.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, заключающийся в измерении изменения добротности контура специальной формы в диапазоне частот 135-155 МГц при помещении в него полупроводниковой пленки (авторское свидетельство СССР № 1642410. кл. G 01 R 27/02, 1988). Однако, точность этого способа зависит от освещения поверхности полупроводниковой пленки.

Цель изобретения - повышение точности измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок.

Цель достигается тем, что п известном способе бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок измерения проводят при двух величинах освещенности полупроводниковой пленки: при комнатном освещении и при освещении специальным источником света, интенсивность и спектральная характеристика которого обеспечивают насыщение ловушек захвата в полупроводниковой пленке, формирующих глубокие уровни. Полученные значения усредняют.

Сущность способа заключается в том, что при облучении светом полупроводниковой пленки происходит насыщение ловушек захвата, формирующих глубокие уровни в полупроводнике и искажающих истинное значение величины удельного электросопротивления. Применение ВЧ-контура специальной формы вместо СВЧ-резонатора значительно облегчит процесс измерения, позволит снизить требования к размерам и ориентации образцов и применять недорогое оборудование.

На фиг. 1 показано устройство, реали- рующего способ; где 1 - осветитель, 2 - ВЧ-контур, 3 - измеряемый образец, 4 - измеритель добротности; на фиг, 2 показана зависимость относительного изменения добротности контура при введении в него образца от величины удельного электросопротивления образца.

Способ осуществляют следующим образом.

Колебательный контур (выполненный в виде катушек Гельмгольца) измерительного устройства с помощью переменного конденсатора настраивают в пределе частот 135-155 мГц в резонанс (резонансную емкость определяют с помощью формулы Томпсона

2зг

О)

где f - частота измерения (135-155 мГц);

L - индуктивность контура (пары катушек Гельмгольца), Гн;

С -- емкость контура (несемейного конденсатора);

Добротность Q колебательного контура

максимальна.

Измеряемый (контролируемый) образец помещают внутрь пары катушек Гельмголь- ца, подстраивают контур в резонанс с помощью встроенного Б измеритель

добротности конденсатора и по Шкале схемы измерения добротности определяют величину абсолютного изменения добротности ДО при комнатном освещении поверхности образца.

Удельное сопротивление образца определяют по формуле (2) (толщину образца h измеряют любым достаточным по точности способом

(AQ/Q)

г Г

(2)

где k -- коэффициент пропорциональности, зависящий от материала полупроводника, Ом/см;

L- индуктивность контура, Гн: h - толщина полупроводникои пленки, см;

AQ/0 - относительное изменение до- бротности контура при введении в него образца, отн.ед.;

fia - магнитная постоянная (4 тг Гн/см).

Освещают поверхность образца мощ- ным источником света, например кварцевой лампой, выключают лампу и повторяют измерение р. Определяют среднее значение р. При этом следует избегать перегрева образца, для чего желательно использовать излучение в фиолетовой и ультрафиолетовой областях спектра. На фиг. 2 показана типичная зависимость относительного изменения добротности контура от величины удельного электросопротивления пленки. Видно, что с уменьшением удельного электросопротивления пленки вносимые в ВЧ- контур потери увеличиваются, при этом добротность контура падает.

Пример конкретного выполнения. В качестве источника света использовали кварцевую лампу.

Облучение образца (пленки кремния на сапфире (КНС) провод -ши в течение нескольких секунд. Результаты измерений приведены в таблице

Способ позволяет также оценить структурное совершенство пленки по величине изменения/э, вызванного наличием в пленке глубоких уровней, которые определяются точечными и линейными дефектами структуры. Использование предлагаемого технического решения позволит повысить точность бесконтактных способов измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок за счет устранения ошибок, вызванных колебаниями освещенности образца, снизить критические требования к размерам образца и позволит применять недорогое оборудование.

0

Формула изобретения Способ бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок по авт.св. № 1642410, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, измерения проводят при освещении полупроводниковой пленки дополнительным источником света, спектральная характеристика и мощность которого обеспечивают насыщение ловушек захвата в полупроводниковой пленке, полученные значения удельного электросопротивления пленок при комнатной освещенности и при освещении дополнительным источником света усредняют.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для неразрушающего контроля удельного электросопротивления полупроводниковых пленок. Цель изобретения - повышение точности. Способ состоит в дополнитель ном освещении пленки источником света, спектральная характеристика и мощность которого обеспечивают насыщение ловушек захвата в полупроводниковой пленке, и проведении тех же измерений, причем полученные значения удельного электросопротивления при комнатной освещенности и при освещении дополнительным источником света усредняют. 2 ил.

А

и

и

4

Шиг.7

dfl

б

o.e.

0

481216 20 р9ОМ СП

Фиг.2

.-« f«-.

.0