(54) СПСХЮБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ
тюпупровощтксвых СЛОЕВ и ДИЭЛЕКТРИКОВ
Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при ра работке технологии производства высокоом ных„ фотополупроводниковых слоев на про1А оводяшей подложке и диэлектриков, х:обенно в электрофотографической промышленности путем.1)еализации в конкретных устройствах, предназначенных для неразрушающего контроля качества выпускаемой продукции. Известен способ определения дефектов высокоомных фотополупроводниковых и дть электрических слоев, заключающийся в определении комплексной диэлектрической проницаемости системы электродов в присутствии слоя, по которой судят о дефектах Ull. Известен также способ определения дефектов полупроводниковых, и диэлектрических слоев, заключающийся в возбуждении вблизи слоя с помощью системы электродов статического или квазистатического поля и обнаружении дефектов по изменению инауцированного) на измерительных электродах заряда или тока С21. Недостатки указанных способов связаны с тем, что (шределение места расположения дефектов и их размеров существенно зависит от конструкции измерительных электродов и расстояния, на котором производятся измерения в непосредственной близости от поверхности, осуществить сканирование затруднительно, а увеличение расстояния приводит к ухудшению разрушающей способности, что снижает точность определения дефекте. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения дефектов высокоомных полупроводниковых слоев на проводящей подложке и диэлектриков, заклю1ающийся в нанесении электростатического заряда ria поверхность и измерения с помощью зонда tia заданном раостоянии от .заряженной поверхности параметров электростатического поля, по которым судят о дефектсис. Полученные зависимости анализируют и вы11вл1пот
наличие дефектов по отклонению измеряемой Белутины от ее известного среднего значения з,
Однако этот способ не может обеспепять высокую точность определения места расположения и разме ;ов дефектов из-за практических сложностей проведения измерений Б непосредственной близости от сканируемой заряженной: поверхности, которые обусловлены необходимостью достижения высокой разрешаю01ей способности.
Цель изобретения - повышение точности определения расположения и размеров дефектов и улучшение разрешающей способности.
Поставленная цель достигается тем, что в способе определения дефектов высокоомных фотополупроводниковых слоев на проводящей подложке и диэлектриков, заключающемся в нанесении электростатического заряда на поверхность исследуемого образца и измерении с помощью зонда на заданном расстоянии от заряженной поверхности параметров электростатического поля, по которым судят о наличии дефектов, заряд.наносят на отдельные участки поверхности, размеры которых равны наименьшим размерам определяемы дефектов, а расстояние между соседними участками больше суммы максимального линейного размера торца зонда и его расстояния до поверхности, но меньше ее размеров, последовательно измеряют параметры поля, созданного каждым участком, затем стирают заряд и наносят его На участки слоя, смещенные относительно прежних на расстояние, равное их линейным размерам, и, проводя операции с повторением цикла, неоднократно пространственно суммируют измеренные параметры поля за все циклы,
Поле над слоем обусловлено лшиь размерами заряженного участка и электрофизическими свойствами слоя в области расположения заряда, поэтому получаемая при измерении параметров электростатического поля и информация в слое определяется только этой областью и не зависит, в известных пределах, от конструкции электродов и расстояния до слоя. Последнее позволяет производить измерения на значительном расстоянии от исследуемой поверхности без ухудшения локализации области, которые практически очень просто выполнить. Для уменьшения взаимного влияния на гфоцесс измерений соседних заряженных участков слоя их располагают друг от друга на расстоянии, большем расстоянЯ от слоя до зонда. Такая peaлизация способа позволяет, однако, определить отличие свойств слоя (дефекты) только в дискретных областях, т.е. заряженных участков слоя. Для того, чтобы
последовательно определить дефекты вдоль всего слоя (улучшить деятельность контроля), процесс повторяют, однако расположение заряженных участков смешивают от цикла к циклу, причем кратность повторения тем больше, чем выше деятельность и меньше шаг смещения. Таким образом, в течение каждого цикла определяется информация о свойствах исследуемого слоя только в областях расположения
заряда, а полная картина о распределении дефектов может быть получена в результате последовательной обработки данных за каждый цикл.
Для упрощения процесса определения
дефектов заряженные участки формируют одинаковыми по размерам, а распологают на поверхности периодически. В случае бездефектного слоя, при сканировании поверхности, в цепи зонда действует периодическая последовательность импульсов одинаковой амплитуды, длительности и скважности. При наличии дефекта в области формирования заряженных участков эта последовательность нарушается, причем степень искажений определяется характером дефекта. Например, . если один из заряженных участков исследуемой поверхности имеет высокую проводимость, то в последовательности отсутствует этот импульс, те. нарушается периодичность, дефекты по диэлектрической проницаемости и проводимости приводят к изменению амплитуды соответствующих импульсов и т,д.
На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 и 3 - взаимодействие емкостной системы с исследуемым слоем и электрической системы с локально заряженной поверхностью диэлектрика соответственно; на фиг, 4 - зависимость, иллюстрирующая влияние изменения расстояния от эонда до слоя на точность измерений. Способ осущест. следующим образом.
На отдельные участки исследуемого слоя 1 диэлектрика или высокоомного фотополупроводника, расположенного на проводящей подложке 2, при его сканировании наносят заряд с. помощью коронирукидего
электрода 3, подключенного к положительному погаосу источника 4 питания, управляемого от импульсного генератора 5. С , помощью измерительного электрода 6, соединенного с усилителем 7 и индикатором 8, определяется индуцированный заряд или ток, обусловленный действием поля заряженного участка, расположенного под электродом 6, а затем с помощью второго коронируюшего электрода 9, подключенного к отрицательному полюсу источника 4, заряд нейтрализуется и слой подготавливается для проведения следующего цикла.
При непрерывном сканировании поверхности индикатор 8 регистрирует последовательность импульсов, возникающих в результате электростатической индукции заряда в цепи электрода 6. За счет выбора длительности импульсов генератора 5 при постоянной скорости сканирования слоя 1 заряженных участков выбирают сравнимыми с линейными размерами обнаруживаемых дефектов, поскольку при этом обеспечиваются оптимальные условия для контроля всего слоя, выражающиеся в том, что необходимо осуществить минимум циклов для точного установления места расположения дефекта (в пределах смещения, равного линейному размеру заряженного участка). Расстояние между двумя соседними заряженными участками таково, что при расположении одного из них под электродом 6 влияние соседних можно не учитывать. Выполнение этого условия определяется расстоянием между исследуемым слоем 1 и электродом 6, а также конструкцией последнего. Для практических целей достаточно, чтобы указанное расстояние было по крайней мере не меньше расстояния от электрода 6 до слоя 1.
Например, успешно используются высокомлные слои, имеющие дефекты, линейные размерь которьх ЗО-50 мкм, однако наличие дефектов в 300-500 мкм недопустимо. В этом случае при контроле слоев, целесообразно формировать размеры заряженных участков порядка ЗОО мкм и за один цикл осуществить их смещение вдоль поверхности на ЗОО мкм. Увеличение размеров этих участков приводит к снижению точности определения дефектов из-за появления избыточной информации, а уменьщение - к повышению точности, но увеличению количества циклов. Расстояние между заряженными участками 1-2 мм, если электрод 6 нахрдится на расстоянии 1 мм до слоя 1. В этом случае для выявления дефектов порядка 300 мкм вдоль всего слоя необходимо осуществить всего 4-7 циклов измерения.
В известных способах определения дефектов высокоомных полупроводников толщиной Н, реализующих предварительно нанесение заряда на всю исследуемую поверхность и последующее ее сканирование на определенном расстоянии V| с помощью зонда с размерами активной поверхности 2в , основными характеристиками, определящими точность, является линейные торцовые размеры зонда и качество электромеханических сканирукшнос устройств, С приближением зонда к исследуемой заряженной поверхности линейные размеры апертуры стремятся в 2в , а ког)ффи5циент передачи системы по заряду резко возрастает и соответственно увеличиваются погрешности, обусловленные несовершенством сканирующей системы.
Математически это может быть выражено следующим образом.
0
Индуцированный на зонде заряд (фиг.2) определяетсяинтегралом
°°L
(:(f(y,h))/(X,jax,
5
-00
-L
(Ь - плотность заряда;
где ( - потенциал на поверхности полупроводника при отсутствии заряда и единичном потенциале на зонде.
С уменьшением , , таким образом, при11 О . Наведенный заряд содержит информацию о всех дефектах, находящихся в пределах апертуры зонда, и определить местоположение дефекта и его размеры практически невозможно.
В предлагаемом спосоЬе заряд наносится только на дискретные участки , причем в пределах апертуры зонда находится только один из них (фиг. 3). По-прежнему имеем
00U
(4(x)4(x,h)6lxc: G(x)4(x,ti)olxs:
Г t
- j6(x)f(x,H)3X4-(x)if(x,h)an-fj6(x)4(x,)ax, -u-аа
-аU
У((и(х,ъ)о, ,
-1д
55
поэтому „- (x) Cftjv i..
-а Т.е. наведенный заряд содержит информацию только о дефектах, находящихся в интервале 2д 2L . Так как размеры зарядовых пятен vioryT быть сделаны меньше 2R , появляется возможность определения места расположения и размеров дефектов независимо от апертуры зонда, что приводит к повышению точности при одной и той же апертуре зонда в -- раз, Другой фактор, из-за.которого низкая точность в известных методах, связан с тем, что для уменьшения апертуры зонда необходимо осуществлять сканирование поверхности в непосредственной близости от нее, а это приводит к возникновению больших ложных сигналов за счет несовершенства сканирующей системы. Действительно, при , ((х,) резко возрастает при малых К {фиг. 4), и небольшие вариации 4i приводят к большим изменениям f , следо вательно, и всего заряда. В предлагаемом способе эта погрешность сильно уменьаена, так кадс разрешающая способность определяется только размерами зарядовых пятен 2 и не зависит от апертуры зонда, поэтому измерения можно осуществлять при сравнительно больших ii , где практически не сказываютс погрешности сканирования. В частности при изменении Д Ь вблизи от поверхности изменения д Ч значительны, а при удалении таким же вариациям И соответствуют гораздо меньшие изменения Ч (фиг. 4). Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность за счет увеличения разрешающей способности без улуч шения качества сканирующих систем, а также способствует упрощению измерений и обработ1ш результатов. Последовательно нанесение зарядов на соседние участки, повторение цикла измерений и суперпози. ция результатов на пространственной или временной шкале позволяет получить дета льную картину о дефектах. Реализация предлагаемого способа лозволяет существенно улучшить локальност контролируемой области, что способствует повышению точности измерения и более детальному изучению физической природы и определению неоднородностей, учета этих факторов и разработка более совершенной технологии изготовления слоев. Кроме того, предлагаемый способ позоляет упростить процесс измерений и обеспечить машинную обработку данных дефектах контролируемых слоев, а таке облегчить интерпретацию результатов, что приводит к созданию автоматизированых систем контроля различых полупроводниковых и диэлектрических слоев. Формула изобретения Способ определения дефектов полупроводниковых слоев и диэлектриков на проводящей подложке, заключающийся в нанесении электростатического заряда на поверхность исследуемого образца и измерении параметров электростатического поля с помощью зонда, сканирующего над заряженной поверхностью, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, заряд наносят на отдельные участки поверхности, размеры которых равны наименьшим размерам определяемых дефектов, а расстояние между соседними участками больше суммы максимального линейного размера торца зонда и его расстояния ДО-поверхности, но меньше ее ра- змеров, последовательно измеряют пара метры электростатического поля над каждым участком. Затем стирают заряд к наносят его на средние участки поверхносTte, смещенные относительно прежних на расстояние, равное их линейным размерам, и, проводя операции с повторением цикла, неоднократно пространственно суммируют измеренные параметры поля за все Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 459743, кл. Q 01N 27/26, 1975. 2.Гриценко В. Л., Матвеева И. А., Пронин В. П. Применение е.мкостных зондов для определения локальных неоднородностей пленочных структур. Рост и легирование полупроводниковых кристаллов и пленок. Ч. П. Новосибирск Наука. 1977, с. 31О-3.15. Э.Добровольскис А., Петретис Б., Саналаускас С., .Карнавичус В. Измерение микрорасстояния потенциала зарядки в электрографии. Литовский физический сборник. ХУ, № 5, 1975, с. 811-817 (прототип).
цг.г
