Способ определения локальных дефектов поверхности

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ путем нанесения на поверхность люминесцирующего вещества, рблучения исследуемой поверхности светом и регистрации фотолюминесценции локализованного в дефектах люминесцирующего вещества. отличающийся тем, что, с целью определения распределения заряженных электронных ловушек в системе полупроводник - диэлектрик, люминесцирующее вещество наносят на поверхность структуры полупроводник . диэлектрик с концентрацией 0,5 - мономолекулярного слоя, регистрируют фотолюминесценцию адсорбированных молекул люминесцирующего вещества, сканируя по поверхности излучением, имеющим энергию.квантов в полосе поглощения нанесенного вещества, до и после заряжения дефектов, и по раз§ ности интенсивности люминесценции, величина которой пропорциональна чис (Л лу заряженных дефектов, судят о распределении заряженных электронных ловушек .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)4 С О1 N 21/91

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (эд) 10

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3733431/24-25 (22) 25.04.84 (46) 30.09.85. Бюл. У 36 (72) В.А.Беспалов, В.Ф.Киселев, Г.С.Плотников и А.M.Ñàëåöêèé (71) ИГУ им. M.В.Ломоносова (53) 620.179.111.3(088.8) (56) Дистлер Г.И. и др. Декорирование поверхности твердых тел. — М.: Наука, 1976, с. 25.

Заявка ФРГ У 1773270, кл. G 01 N 21/16, 1973. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ путем нанесения на поверхность люминесцирующего вещества, облучения исследуемой поверхности светом и регистрации фотолюминесценции локализованного в дефектах люминесцирующего вещества, .

ÄÄSUÄÄ 1182354 A отличающийся тем, что, с целью определения распределения заряженных электронных ловушек в системе полупроводник — диэлектрик, люминесцирующее вещество наносят на поверхность структуры полупроводник— диэлектрик с концентрацией 0,5 — 0 ° 8 мономолекулярного слоя, регистрируют фотолюминесценцию адсорбированных молекул люминесцирующего вещества, сканируя по поверхности излучением, имеющим энергию .квантов в полосе поглощения нанесенного вещества, до и после заряжения дефектов, и по разности интенсивности люминесценции, щ величина которой пропорциональна числу заряженных дефектов, судят о распределении заряженных электронных ловушек.

1182354

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении распределения заряженных дефектов на поверхности в системах диэлектрик — полупроводник и при технологическом контроле лазерного или термического отжига дефектов в таких системах, являющихся основой большинства совеременных полупроводниковых приборов.

Целью изобретения является определение распределения заряженных электронных ловушек в системе полупроводник — диэлектрик.

На фиг. 1 и 2 схематично изображе-15 ны зонные диаграммы структур Се—

GeO2 — красителя (эритрозина) и Si

SiO2 — красителя (кумарина) соответственно (Еcs Е, Е,, Е, — границы зоны проводимости и валентной зоны для полупроводника и окисла соответственно; S и S основной и возбужденный синглетные уровни адсорбированного красителя. Пунктиром обозначены уровни, соответствующие заряженным ловушкам диэлектрика, Š— глубина этих ловушек); на фиг. 3 изображена граница заряженной и незаряженной областей в структуре Ge — GeO — эритй розин, определенная данным методом; 30 на фиг. 4 — граница заряженной и незаряженной областей в структуре Si

SiO< — кумарин; на фиг. 5 — двумерное распределение заряженных центров в системе Si — Si02, полученное 35 предлагаемым способом; на фиг. 6 определение степени лазерного отжига дефектов в структуре Si SiO> пред лагаемым способом.

Способ определения заряженных де- 40 фектов на поверхности структур диэлектрик — полупроводник заключается в следующем.

На поверхность структуры типа полупроводник — диэлектрик наносят моле- 45 кулы органического красителя любым из известных способов: напылением в вакууме, высаживанием из раствора и др. Оптимальная концентрация молекул красителя на поверхности составляет SO

0,5 — 0,8 мономолекулярного покрытия.

Фиксируют люминесценцию адсорбированных молекул красителя 3 (х, у) при сканировании по поверхности света, имеющего энергию квантов в полосе поглощения данного красителя. Затем проводят зарядку поверхностных дефектов образца путем инжекции носителей либо из объема полупроводника, либо из валентной зоны диэлектрика под действием излучения или в результате приложения электрического поля.

В дальнейшем опять фиксируют люминесценцню красителя на поверхности образца 3(х, у). В том случае, если энергия квантов люминесценции красителя превышает глубину залегания дефектов под. разрешенными зонами, становится возможным безызлучательный перенос энергии возбуждения адсорбированньи молекул красителя к электронам или дыркам, локализованным на дефектах поверхности. Появление такого дополнительного канала безызлучательной диссипации энергии приводит к тушению люминесценции возбужденных молекул на величину b3= — Э вЂ” Л, причем вероятность этого процесса в каждой точке образца пропорциональна числу заряженных центров — акцепторов энергии N(x, у).

Поэтому, измеряя изменение интенсивности люминесценции молекул а3(х, у) после заряжения дефектов, непосредственно получают картину распределения этих дефектов на поверхности образца N(x, у).

Пример 1. Определение заряженных областей в структурах Ge

GeO> — эритрозин и Si — Si02 — кумарин.

Структуры типа полупроводник — диэлектрик на основе кристаллов Ge u

Si используют при создании большинства современных полупроводниковых приборов, в частности при создинии эффективных элементов памяти. Информацию записывают путем инжекции электронов светом из валентной зоны полупроводника и их запоминанием на глубоких ловушках диэлектрического слоя (переход 1, фиг. 1) . При создании ячеек памяти такого типа необходимо знать границы заряженных областей на поверхности кристаллов. распределение заряженных центров.

Использование изобретения позволяет быстро и сравнительно просто получить эту информацию. На поверхность кристаллов наносят из спиртовых растворов соответствующие красители. Для Ge и $ ими могут быть эритрозин и кумарин соответственно.

Фиксируют люминесценцию 3д(х, у) адсорбированных молекул на поверхности незаряженных кристаллов. Энергия воз3 11823 буждающего люминесценцию света 2,3 эВ для эритрозина и 3,08 эВ для кумарина соответственно. Затем производят засветку части поверхности кристаллов светом с энергией квантов, соответствующей переходу 1 на фиг. 1 (2,9 эВ для системы Ge — GeO> и

4,.1 эВ для системы Si — SiOz). Опять снимают люминесценцию красителя . Т (х, у) на поверхности образца. Энергия 10 квантов света, возбуждающих люминесценцию, ниже пороговых значений, необходимых для зарядки дефектов поверхности (2,3 эВ для системы Ge—

GeO> — эритрозин и 3,08 эВ и 4,1 эВ для системы Si — Si02 — кумарин (фиг. 2), поэтому искажения картины распределения заряженных центров и из подзарядки в процессе снятия спектров люминесценции не происходит. Как gp видно из фиг. 3 и 4, величина дЭ(х)

3 (x) — 3 (х) позволяет четко определить границы заряженных и незаряженных областей на поверхности кристаллов. Распределение зарядов внутри областей заряжения в данном случае достаточно однородно. Фиксируя люминесценцию при сканировании по осям х и у, можно получить двумерную. картину распределения заряжЕнных дефектов на поверхности, представленную на фиг. 5.

Пример 2. Использование предлагаемого способа при лазерном отжиге поверхностных дефектов. 35

Модификация поверхности путем лазерного отжига широко используется в современной полупроводниковой технологии. Облучение участков поверхности кристаллов мощным лазерным облуче-

54 нием приводит к ее структурной .перестройке и к изменению числа поверхностных дефектов. Фиксируя люминесценцию адсорбированных молекул красителя на поверхности кристаллоВ до и после лазерного отжига, можно получить картину изменения системы поверхностныХ дефектов в результате отжига.

Для того, чтобы предлагаемым способом оценить, какая часть дефектов отжигается в результате лазерной обработки, необходимо. зарядить поверхностные дефекты в подвергнутой отжи-: гу и в исходной области кристалла, снять распределение интенсивности люминесценции до и после заряжения и построить зависимость дД(х) . Как видно из фиг. 6, уменьшение интенсивности люминесценции после заряжения в области отжига 83 приблизительно вдвое меньше соответствующей величины а3„ в контрольной области. Поскольку величина дЭ пропорциональна концентрации заряженных дефектов, а их число в данном случае пропорционально полной концентрации дефектов Nð, можно заключить, что этот этап лазерного отжига, примерно, вдвое уменьшил число поверхностных дефектов.

Точность предлагаемого люминесцентного метода при определении заряженных участков поверхности составляет Л /Z, где Л вЂ” длина волны люминесценции. Поэтому его применение в качестве метода контроля при лазерном отжиге, где поверхностное разреше« ние также составляет величину не более „ /2, где Л„ -. длина волны лазерного излучения, является целесообразным и эффективным. ни) 0,5

Ы (овн.ед) 42, (отн/

Не заряжею

1182354

Зарижею

25 л(w

1182354

2 Ч б л,нов

Фиа5

4Цотн.ед) 0,5

Фиъб

Составитель А.Разяпов

Редактор А.лежнина . Техред С.Мигунова Корректор,d.Ãèðíÿê

Заказ 6096/40 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 — область

saряжения

10 х и

ЯД вЂ” область юьернд р ойученир