Способ контроля полупроводниковых материалов Советский патент 1985 года по МПК H01L21/66 

О

Ф О

ел Изобретение относится к способам контроля полупроводниковых материалов и может быть использовано в тех нологии изготовления. Известен способ контроля материа ла с целью отбора для использования при создании диодов Ганна, заключаю щейся в измерении средней концентра ции и подвижности носителей тока, а также измерении амплитуды низкочастотных токовых флуктуации при сильном электрическом поле. Указанный способ распространяется прежде всего для полупроводниковых материалов с ярко выраженными эффектом Ганна (например GeAs). в то время, как для Si и Ge он не применим. С другой стороны, позволяя оценить мощность диода Ганна, котор будет изготовлен из данного материа ла, он не в коей мере не дает возмож ностгх прогнозировать устойчивость его работы во времени и срок исправ ной работы. Таким образом необходиbii длительные сроки хранения в акти ном и пассивном состояниях с периодическим измерением параметров, что увеличивает стоимость прибора и не всегда возможно. Контроль качества полупроводнико вых материалов имеет большое значение в производстве полупроводниковы приборов, так как от совершенства исходного материала зависит в дальнейшем эффективная работа полупроводниковых приборов. Известен способ контроля полупроводниковых материалов, включающий измерения основных параметров, таких ка- удбльное сопротивление (р), времени жизни неравновесньпс носителей заряда f плотности дислокаций, наличия внутренних напряжений. Этот способ позволяет выявить существующие дефекты в полупроводниковых материалах и производить их отбраковку. Этот способ не лишен недостатков, так как не определяет стабильности во времени этих характеристик при воздействии различных факторов при хранении и использовании полупроводниковых приборов. Этим способом нельзя.выявить дефекты, обусловленные отклонением от равновесных условий вьфащивания полупроводниковых материалов. Кристаллы, выращенные в условиях недостаточно медленного охлаждения, сохраняют определенное количество дефектов (примесей), комплексов собственных дефектов с примесями и других несовершенств структуры) и их состояние в кристаллах (виды дефектных ассоциаций, положение в узлах или междоузлиях и др.) отличное от равновесного, соответствующего температурам изготовления и эксплу атации полупроводниковых приборов. Неравновесность материала может проявиться в условиях длительного хранения материалов и приборов, в условиях некоторых технологических операций производства полупроводниковых приборов (нагревы при пайке выводов, герметизация и пр.), я также при эксплуатации приборов, например, в полях ионизующих излучений или в экстремальных режимах. Характерным проявлением неравновесности кристаллов после выращивания будет постоянное изменение параметров полупроводниковых приборов, изготовленных из такого материала, в процессе эксплуатации и хранения. Трудность обнаружения дефектов, обусловленных неравновесностью кристалла, состоит в необходимости периодических измерений параметров материала и приборов (параметры приборов должны измеряться как в пассивном, так и в активном состоянии) в течение длительного времени. Цель изобретения - обнаружение дефектов, обусловленных отклонением от равновесных условий вьфащивания полупроводниковых материалов и упро.щение способа. Цель достигается тем, что контролируемый материал после измерения параметров облучают легкими частицами с энергией 0,5-5 МэВ до изменения измеряемых параметров, затем проводят прогрер в течение 10-60 мин при температуре полного отжига контролируемого материала, после чего снова из-. меряют основные параметры и производят сравнение с первоначальными измерениями. Суть способа заключается в том, что облучение полупроводников, выращенных в условиях достаточно медленного охлаждения, создает комплексы дефектов, изменяющих характеристики кристаллов. Последующий нагрев при температуре полного отжига разрушает дефектные ассоциации и кристалл восстанавливает свои свойства полностью. В этом случае величина измеряемой характеристики до облучения будет совпадать с ее величиной после облучения и отжига. Если дефектный состав (концетрации разно го рода примесей в узлах и междо-узельных положениях, соотношения между концентрациями дефектов и при месей в разных состояниях и дефектных ассоциациях) кристалла после выращивания отличается от равновесного для температур изготовления и работы полупроводниковых приборов, то под действием облученр я легкими частицами (электронами, -квантами и др.) с энергией 0,5-5 МэВ, кроме процессов дефектообразования I типа, указанных выше (идущих в равновесных после выращивания кристаллов имеют место процессы II типа: радиа ционно-стимулированные изменения концентраций и видов состояний примесей и дефектов (например, распады пересещенных растворов, изменение характера примесных атмосфер на дислокациях и др.), приближающие кристалл к равновесию. В этом случае прогрев в течение 10-60 мин при температура полного отжига возвраща ет к исходной величине изменения из меряемой характеристики, вызванные процессами I типа, в то время как необратимые изменения измеряемой характеристики, обусловленные процессами II типа (приближением кристалла к равновесию), сохраняются. В результате будут наблюдаться остаточные явления, невозвращение пос ле прогрева измеряемой характеристики к исходной (до облучения) вели чине. Величина этого остаточного эффекта характеризует степень нерав новесности (дефектности) кристалла чем она меньше, чем более пригоден кристалл для изготовления приборов Для контроля качества слитков полупроводниковьпс материалов прово дятся следующие операции. Изготавл ваются образцы из каждого слитка п тии. После обработки поверхности (шлифовки, полировки, травления) на образцах измеряется какая-либо характеристика (время жизни неравновесных носителей заряда Т концен рация основных .носителей заряда, и др.). Затем проводится облучение легкими частицами (электронами, J-квантами и др.) с энергией 0,5 5 МэВ, и снова измеряется характеристика. Доза облучения выбирается таким образом, чтобы произошло значительное изменений измеряемой характеристики. Далее проводится прогрев в течение 10-60 мин при температуре полного отжига радиационных дефектов, характерной для данного материала (например, 300-350 0 для Ge и 650°С+ + 00с дляSi), и вновь измеряется характеристика. Если измеренное после отжига значение характеристики близко к ее значению в исходном материале, то делается вывод о высоком совершенстве кристалла. Например, при измерениях С получим по предлагаемому способу три величины: f , Cj , Сэ - время жизни в исходном материале, после облучения и после прогрева соответственно, из которых можно рассчитать параметр качества. А (г-2 -Г-;; )/(г-;- t:-; ) Если А 0,3-0,4, то делается вывод о низком качестве материала и о его непригодности для изготовления полупроводниковых приборов. Материал с А 0,3 можно использовать для изготовления приборов. Пример 1.Из слитков германия п-типа, легированного сурьмой, 7 -10 Ом-см (ГЭС-10 и ГЭС-5), вырезают образцы После шлифовки, полировки и химического травления в травителе ,, с добавлением щелочи, на образцах измеряют величину Т (метод стационарной фотопроводимости и фртомагнитного эффекта). Затем образцы облучают при Т ОБА 20°С, дозой электронов с энергией 3,5 МэВ, Ф 2-10 см-2 и вновь измеряют величину t. . Следующая операция - отжиг при температуре 300°С в течение 60 мин, вслед за которым следовало измерение величины Тя Все измерения времени жизни неравновесных носителей заряда ьГ проводят при комнатной температуре. По формуле (1) рассчитывают величину А. Из табл. 1 видно, что в бесдислокационном материале (ГЭС-5) восстановление Т практически отсутствует, что свидетельствует о сильной неравновесностй материала.

Пример 2 о Германий п-типа легированный сурьмой, pv1- 3 Ом-см (ГЭС-1, ГЭС-3). Облучение при , (доза электронов с энергией 3,5 МэВ, Д 2-101 см , отжиг при в течение 10 мин.

Ия табл. 2 видно, что материал ГЭС-1 является менее качественным, чем ГЭС-3.

Применение предлагаемого изобретения в производстве полупроводниковых приборов позволит резко

уменьшить брак, исключить потери времени на длительные испытания изготовленных приборов, а также улучшить значения основных параметров полупроводниковых приборов. Все это может привести к снижению себестоимости продукции полупроводниковых заводов.

Таблица 1

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий измерения основных параметров, отличающийся тем, что, с целью обнаружения дефектов, обусловленных отклонением от равновесных условий вьфащивания полупроводниковых материалов и упрощения способа, контролируемый материал после измерения параметров облучают легкими частицами с энергией 0,5-5 МэВ до изменения измеряемых параметров, затем проводят прогрев в течение 10-60 мин при температуре полного отжига контролируемого материала, после чего снова •измеряют основные параметры и производят сравнение с первоначальными измерениями.i

Таблица 2