(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИМЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
t
Изобретение относится к области контроля электрофизических параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано для определения профиля концентрации легирующих примесей в полупроводниковых слитках, пластинах, пленках, а также в различных полупроводниковых структурах и приборах (р-п переходы МДП, структуры, диоды, фотодиоды, транзисторы и др.).
Известен способ измерения профиля концентрации примесей в полупроводниках, основанный на связи емкости .обедненного слоя с (измеренной на малом сигнале) с расстоянием от металлического контакта или от более сильно легированной области р-п /перехода х и концентрацией примеси N (х) :
(1)
С2)
dv
где А и В - некоторые коэффициенты пропорциональности, а V- напряжение
на образце. Способ .заключается в пропускании через образец постоянного по амплитуде тока высокой частоты f и измерении напряжения этой частоте f и напряжения на частоте 2f, выделившихся на образце 1.
Напряжение на частоте f на образце пропорционально С и,- следовательно, согласно (1), пропорционально расстоянию X. После усиления и детектирования это напряжение подается на вход горизонтальной развертки регистратора (дьухкоординатного
5 самописца или осциллографа), Напряжение на частоте 2f, выделившееся на образце, пропорционально d(C)/dV и, следовательно, согласно (2), пропорционально l/N(x). После усиления
0 и детектирования оно может быть подано на вход вертикальной развертки регистратора. Если ввести в канал усиления 2f логарифмический усилитель, на вертикальный вход регист5ратора будет попадать сигнал, пропорциональный logN(x). Для прохождения всех возможных значений координаты X к образцу допо 1нительно прикладывается медленно изменяющееся напря0жение смещения. При этом регистратор вычерчивает кривую l/N(x) или logN(x) как функцию х. Такие кривые иначе называются кривыми профиля концентрации примесей в полупроводнике ,
Данный способ имеет недостаток, заключающийся в необходимости непосредственного электрического контакта к структурам типа р-п переходов, барьеров Шоттки и металл-диэлектрикполупроводник (МДП).
Известен способ контроля электрофизических характеристик полупроводниковых материалов, заключающийся в подаче на образец полупроводника напряжения смещения, освещении его модулированным световьом потоком и регистрации переменной конденсаторной ЭДС 2. .
Известный способ позволяет избавиться от непосредственного электрического контакта с полупроводниковы образцом.
Однако получение надежной информации в профиле концентрации примеси в полупроводнике с его помощью затруднительно.
Целью изобретения является повышение точности измерений.
Поставленная цель достигается те что образец полупроводника одновременно освещают двумя потоками с частотами f, и fj и регистрируют переменное напряжение на комбинационных частотах:.
F, f, + f и - F f, - fj
Физическое обоснование описываемого способа состоит в следующем. При освещении в полупроводнике генерируются свободные электронно-дырочные пары. В области пространственного заряда они разделяются и изменяют падающее на нем напряжение Это изменение напряжения и называется фoтo-ЭДC.V В случае, когда модуляция света идет на достаточно высокой частоте (практически - более 100 кГц), переменная составляющая генерируемого светом заряда Q не успевает рекомбинировать и идет ка зарядку емкости области пространственного заряда С. Между Q и V имеет место дифференциальное соотношение
dV
dQ(3) Величина С нелинейна и, в
ивою
очередь, зависит от Q. Ограничиваясь двумя членами разложения в ряд, имеем
с-(()с-(а-о) . (4
Подставляя (4) и (3) и интегрируя, получаем
dCcJ- l g
C5) d Q
иаи, используя (3) ,
(6)
Если величина Q является гармонической функцией времени
О QO sinojt, to 21tf, то из (6) следует, что первая гармоника фото-ЭДС пропорциональна С , т.е., согласно (1), пропорциональна координате х, а вторая гармоника фото-ЭДС пропорциональнаd(с )/dN, т.е., согласно (2), пропорциональна l/N(x). Если величина Q является суммой двух гармонических величин
Q-O sinujt, си 2Uf,
то обе первые гармоники фото-ЭДС пропорциональны х, а обе вторые гармоники фото-ЭДС, а также .сигналы фото ЭДС на комбинационных часто,тах , + fj
1
пропорциональНЫ 1/N(x) .
В принципе для измерений достатоно использовать один световой поток модулируемый с частотой f/f f, /, для более точных измерений концентрации N(x) предпочтительнее использовать два световых потока с разными частотами модуляции f и f, и вести измерения сигнала l/N(x) на одной из комбинационных частот. Причина этого состоит в том, что при существующих способах модуляции световые потоки, как правило, не являютс промодулированными строго гармонически, а уже содержат высшие гармоники, в частности, вторую гармонику которая будет создавать паразитный сигнал и вносить погрешность в измерения. С другой стороны, при наличии хороших (в смысле гармоничности) модуляторов света и пониженных требованиях к точности измерений частный случай предлагаемого способа, использующий только одну частоту модуляции, может оказаться даже предпочтительней ввиду своей простоты.
Преимуществом предлагаемого способа является его малая чувствительность к последовательным сопротивлениям в образце и контактах, а также к паразитным емкостям монтажа, контактов и входов усилителей поскольку в цепи источника фото-ЭДС все они включены последовательно с емкостью внешний электрод-образец. Величина последней много меньше емкости пространственного заряда и не зависит от напряжени-я.
Способ может быть реализован с помощью устройства, изображенного на чертеже. Внешний полупрозрачный электрод 1 нанесен на торец стеклянного световода 2 и подведен к образцу 3. Между образцом 3 и элекродом 1 оставлен зазор в несколько микрон. Величину этого зазора можно контролировать, например, измеряя емкость между электродом и образцом с помощью отдельной схемы. Через световод 2 и электрод 1 образец освещается светом, испускаемым двумя светодиодами 4 и 5, питаемыми соответственно от генераторов с частотами f и fj (например, f 200 кГц f 300 кГц). Сигналы фото-ЭДС с электрода 1 поступают на усилители. Сигнал частоты f , пропорциональный координате х, после усиления и дете тирования поступает на х-вход регис ра(осциллографа или самописца), си1- кал частоты f + fij 500 кГц, пропорциональный обратной концентрации l/N(x), после усиления и детектирования поступает на у-вход регистратора. Электрод 1 по низкой частоте заземлен через входные резисторы усилителей, а на образец относительно земли подается низкочастотное напря жение (10-100 Гц, амплитудой 50500 В) от генератора смещения, которое изменяет ширину области прост ранственного заряда X в допустимых пределах (последние зависят от вели чины N(x) и могут лежать в диапазон О,1-100 мкм). Таким образом, на экране регистратора получается кривая профиля концентрации примесей в полупроводниковом образце 3. Результаты измерений могут быть переданы дальше на какое-либо испол
Выход нительное устройство, осуществляющее, например, разработку образцов. Использование способа позволит исключить нарушение и загрязнение образцов, увеличить точность измерений, упростить процесс измерений и распространить его на отдельные стадии технологического процесса производства полупроводниковых приборов и интегральных схем. Формула изобретения Способ определения профиля концентрации примеси в полупроводниках, заключающийся в подаче на образец полупроводника напряжения смещения, освещении его модулированным световым потоком и регистрации переменного напряжения конденсаторной ЭДС, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, образец полупроводника одновременно освещают двумя потоками с частотами ff и f и регистрируют переменное напряжение с комбинационными частотамиИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3518545, кл. 324-158, 30.06.70, 2. Авторское свидетельство СССР №442398, кл. G 01 R 31/26, 05.09.74.
