Способ бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок Советский патент 1993 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к области технической физики, в частности к электроизмерительной технике и может быть использовано для неразрушающего измерения (контроля) удельного электросопротивления полупроводниковых пленок.

Цель изобретения - повышение точности измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок параллельно ВЧ контуру подключают измерительный конденсатор, выполненный в виде двух проводящих обкладок; расположённых в одной плоскости рядом друг с другом с небольшим зазором, контур с конденсатором настраивают в резонанс, измеряют величину добротности контура, помещают на измерительный конденсатор измеряемый образец, .настраивают контур в резонанс с помощью конденсатора, встроенного в измеритель добротности, измеряют добротность и рассчитывают удельное сопротивление образца по формуле, приведенной далее в тексте, Сущность способа заключается в том, что при помещении полупроводниковой пленки на измерительный конденсатор происходит изменение его емкости и, как следствие, емкости всего колебательного контура. Изменение емкости измерительного конденсатора компенсируется с помощью встроенного в измеритель добротности конденсатора, при этом контур снова настраивается в резонанс, однако, его добротность будет ниже за счет поглощения энергии ВЧ поля полупроводниковой пленкой. Чем

И

00

со ел ел ю ю

меньше удельное электросопротивление полупроводниковой пленки, тем выше потери в контуре ft ниже его добротность, следовательно, измеряя изменение добротности контура, можно определять удельное электросопротивление полупроводниковых пленок.

Q

1

W О L ( Gc + Gx + GI )

где WO - резонансная частота контура, L - индуктивность катушки, Gc - проводимость конденсатора; GI - проводимость катушки, Gx - проводимость эквивалентного резистора, отражающего величину потерь в конденсаторе.

Преобразуем формулу:

учим выражение для определения Р п/п пленки:

Gx

Jill К1 -B (dQ/Q) р b( d Q/Q ) W 0 L

n „ fdQ/Q)

P - - l т ,

1 - В ( d Q/Q )

в , к

15 Получим итоговую формулу:

р К

(d Q/Q ) h Г B(dQ/Q)-1

Использование: в технической физике и измерительной технике. Сущность изобретения: способ состоит в помещении образца в один из элементов высокочастотного (ВЧ) колебательного контура, измерении изменения добротности ВЧ контура, дополнительно параллельно катушке ВЧ колебательного контура подключают измерительный конденсатор, выполненный в виде двух проводящих обкладок, расположенных, в одной плоскости рядом друг с другом с небольшим зазором, настраивают контур в резонанс и измеряют его добротноть Q, помещают образец на обкладки измерительного конденсатора, настраивают контур в резонанс, измеряют его добротность с образцом и вычисляют удельное электросопротивление образца по формуле, учитывающей также тип полупроводникового материала, толщину пленки, параметра ВЧ контура и конструктивные параметры конденсатора. 3 ид. 1 табл.

Q

1

W О L ( Gc + GI ) + W 0 L Gx

примем В (Vx + Gb - const).

Изменение добротности при внесении структуры КНС в измерительный конденсатор выразим формулой:

1

В1 + 1

B +WO

где Gx2 - отражает величину утечки в кон- денсатбре с КНС. a Gx1 - величину утечки в пустом конденсаторе. При малых собствен; ных потерях Gx1 - 0, тогда получим:

1

В1

1 В1

В1 (В1 )

Учитывая, что добротность ВЧ-контура с измерительным конденсатором без КНС в процессе измерений остается постоянной, запишем:

Ki

1

,1 , «ЛШ

В1 -f W О

Gx

где К -const.

Выразим Gx через параметры проводящего участка КНС, расположенного |4ад зазором измерительного конденсатора, подставим в предыдущую формулу и nah0

5

0

5

0

5

0

5

где b - ширина зазора между обкладками измерительного конденсат ера, h -толщина пленки полупроводника, I - длина линии пересечения п/п пленки с зазором измерительного конденсатора.

Изменение емкости измерительного конденсатора будет определяться диэлектрическими свойствами и толщиной подложки, а потери - удельным электросопротивлением полупроводниковой пленки: Высокая плотность ВЧ поля в измерительном конденсаторе позволяет повысить чувствительность колебательного контура к вносимым потерям и повысить точность измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок. По лупроводни- ковая пленка, расположенная на обкладках измерительного конденсатора, представляет собой дополнительную обкладку, обладающую своим удельным сопротивлением.

Существенными признаками данного способа являются помещение измеряемой пленки на дополнительный измерительный конденсатор, выполненный в виде двух обкладок, расположенных в одной плоскости с небольшим зазором: измерение добротности колебательного контура с образцом,, настроенного в резонанс; сравнение добрртностей колебательных контуров с образцом и без, настроенных в резонанс; выбор частоты измерения в области максимальной чувствительности контура к вносимым в него образцом потерям (135-155 МГц).

На фиг.1 показана конструкция измерительного конденсатора с ВЧ катушкой: 1 - обкладки конденсатора, 2 - полупроводниковая пленка, 3 - ВЧ катушка. 4 - диэлектрическая подложка: на фиг.2 - разрез измерительного блока; h - высота полупроводниковой пленкм: f - длина линии пересечения п/п пленки с зазором между обкладками конденсатора, b - ширина зазора; на фиг.З - зависимость относительного изменения добротности от величины удельного электросопротивления п/п пленок.

Способ осуществляют следующим образом.

Колебательный контур подключают параллельно к измерительному конденсатору, обкладки которого расположены в одной плоскости с небольшим зазором.

С помощью переменного конденсатора, встроенного в измеритель добротности, настраивают колебательный кбнтур в резонанс.в пределе частот 135-155 мГц и измеряют его добротность Q.

Измеряемый (контролируемый)образец помещают на измерительный конденсатор, подстраивают контур с помощью встроенного в измеритель добротности конденсате- ра в резонанс, измеряют его добротность и определяют относительное изменение добротности (dQ/Q).

Удельное сопротивление образца определяют по формуле (толщину образца h из- меряют любым достаточным по точности способом):

р К

( d Q/Q Г n I В (dQ/Q)-Т

где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от материала полупроводника (Ом);

h - толщина полупроводниковой пленки (мкм);

dQ/Q - относительное изменение добротности контура при введении в него образца (отн. ед.),

I-длина линии пересечения п/п пленки с зазором между обкладками измерительного конденсатора (см),

В - коэффициент, зависящий от конструкции устройства и частоты измерения:

В 2 тгт2М- С Ь,

где b - ширина зазора между обкладками конденсатора (мкм),

f - частота измерения (Гц), L- индуктивность контура (Гн);

ъ С - резонансная емкость контура (пФ) на частоте f.

В частности, для измерения удельного электросопротивления пленок кремния на сапфире (КНС) при b 700 мкм К 6,58 а В 8,1.

Приме р. Проводилось сравнительное измерение параметров КНС по способу про5

10

15

20

5

0

5

тотипу и по заявляемому способу, результй- ты приведены в таблице.

Использование предлагаемого технического решения позволит повысить в электронной промышленности точность бесконтактных способов измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок за счет повышения чувствительности колебательного контура к вносимым полупроводниковой пленкой потерям.

Формуламз о б р ете ни я Способ бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок, включающий помещение образца в один из элементов ВЧ-колеба- тельного контура, измерение изменения добротности ВЧ-контура, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения удельного электросопротивления полупроводниковых плёнок, подключая параллельно катушке ВЧ-колебательного контура измерительный конденсатор, выполненный в виде двух проводящих обкладок, расположенных в одной плоскости рядом одна с другой с зазором, настраивают контур в резонанс и осуществляют измерение его добротности Q, помещая образец на обкладки измерительного конденсатора, настраивают контур в резонанс, осуществляют измерение его добротности с образцом, а удельное электросопротивление р образца вычисляют по формуле f

р К

h -l|AQ/CQ B(AQ/Q)-1

где К - коэффициент, зависящий от типа полупроводникового материала;

h-толщина полупроводниковой пленки (образца);

(Д Q/Q) - относительное изменение добротности контура при введении образца;

I - длина линии пересечения образца с зазором между обкладками измерительного конденсатора;

В - коэффициент, зависящий от конструкции измерительного конденсатора и параметров ВЧ-контура, причем коэффициент В определяют однократно для данной конструкции измерительной установки по формуле

В 2я-т2 -L С -Ь,

где F - частота;

L - индуктивность катушки контура;

С - емкость измерительного конденсатора без образца;

b - расстояние между обкладками измерительного конденсатора,

Измеритель добротности

Фие.1

i с.

Л

и в дальнейшем использу рт без изменения.

А-А

Фиг. 1

&Јaf

Q.O.S

о

,7мн, t--7cM, ,6HXfl

12 Фс/гЗ

16

20 ЈОн.См