Способ определения концентрации примеси в кремнии

 

Сущность изобретения: нагревают образец до 300°С с одновременным облучением ультрафиолетовым излучением с энергией фотонов Е. Энергия фотонов больше фотоэлектрической работы выхода электрона и меньше энергии связи кремний-водород . В ходе нагрева определяют ток экзоэлектронной эмиссии. Охлаждают образец до исходной температуры и облучают ультрафиолетовым излучением с энергией фотона, равной энергии связи кремний - водород. Повторяют нагрев образца до 300°С в тех же условиях. О концентрации водорода судят по зависимости разности токов экзоэлектронной эмиссии от температуры образца при обоих нагревах.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИК

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 1. 21/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (22) 16,01.90 (46) 23,07.92. Бюл. hL 27 (71) Рижский технический университет (72) Ю.Д.Дехтяр, Г.Л.Сагалович, Ю.А.Савваитова, Е.А.Казакова и А.Я.Виноградов (56) Заявка Японии KL 63-147340, кл. Н 01 L

21/66, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 1415989, кл. Н 01 1. 21/66, 1985. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАКИИ ПРИМЕСИ В КРЕМНИИ (57) Сущность изобретения: нагревают образец до 300 С с одновременным облучениИзобретение относится к технологии получения полупроводников, в частности к способам измерения концентрации водорода в гидрогенизированном аморфном кремнии.

Известен способ, заключающийся в облучении высоколегированного монокристаллического кремния р-типа инфракрасным излучением с последующим измерением спектра поглощения. Облучение проводят после обработки пластины в водородной плазме, возбуждаемой в кварцевом цилиндре при 180 С, в течение нескольких часов. . Недостаток данного метода заключается в том, что он неприменим для тонких пленок, так как толщина контролируемой тонкой пленки гидрогенизированного амор-фного кремния 0,33-0,35 мкм, а длина волны

„, Ц„„1749953 А1

v рф учением с энергией фотонов Е. Энергия фотонов больше фотоэлектрической работы выхода электрона и меньше энергии связи кремний — водород. В ходе нагрева определяют ток экзоэлектронной эмиссии. Охлаждают образец до исходной температуры и облучают ультрафиолетовым излучением с энергией фотона, равной энергии связи кремний— водород. Повторяют нагрев образца до

300 С в тех же условиях. О концентрации водорода судят по зависимости разности токов экзоэлектронной эмиссии от температуры образца при обоих нагревах. инфракрасного излучения 3-10 мкм, т.е. значительно йревосходит толщйну контролируемой пленки, Наиболее близким к изобретению является способ контроля содержания примесей кислорода в пластине кремния-,-"включающий измерение электрофизического параметра, удельного сопротивления исходной пластины бесконтактным способом, генерацию термодоноров в пластине отжига при

300-500 С, измерение удельного сопротивления пластины после отжига и оценку концентрации кислорода по изменению удельного сопротивления после отжига. Для повышения производительности контроля за счет увеличения скорости генерации термоданоров отжиг проводят в водородной среде.

1749953

Недостатки данного метода заключаются в том, что он является разрушающим, так как генерация термодоноров является процедурой по введению дефектов в кремний.

Метод применим для оценки содержания кислорода в объеме материала, а не в тонких пленках, кроме того, для реализации данного способа необходима водородная среда. Это приводит к изменению свойств аморфных гидрогенизированных пленок.

Наряду с этим образование термодоноров в . аморфных гидрогенизированных пленках не наблюдается.

Целью изобретения является определение концентрации водорода в тонких пленках.

Поставленная цель достигается тем, что в способе ойределения концентрации примеси в образце, включающем измерение электрофизического параметра образца при 20 С, нагрев образца до 300 . С, охлаждение до исходной температуры, повторное измерение электрофизического параметра и оценку концентрации примеси, дополнительно проводят после охлаждения второй нагрев до 300 С, одновременно с нагревом образца в обоих случаях образец облучают ультрафиолетовым светом с энергией фотона Е, удовлетворяющей условию ф Е < Есв, (1).где y — фотоэлектрическая работа выхода электрона;

Ес — энергия связи кремний — водород, охлажденный образец освещают ультрафиолетовым излучением с энергией фотона, равной энергии разрыва связи кремний— водород, в процессе обоих нагревов измеряют ток экзоэлектронной эмиссии, а о искомой концентрации водорода в кремнии судят по зависймости разности токов экзоэлектронной эмиссии от температуры образца прй обоих нагревах.

Благодаря первому облучению образца при его одновременном линейном нагреве . до 300 С получена информация о точечных и структурных дефектах поверхности, в том числе и свободных связях, т.е. облучение светом с энергией. фотона выше фотоэлектрической, работы выхода электрона, но ниже энергии связи кремний — водород позволяет освободить электроны, ток которйх изменяется с ростом температуры, при этом связи кремний — водород не нарушаются.

Благодаря охлаждению образца до начальной температуры. при которой образец облучают светом с энергией фотона, равной .энергии разрыва связи кремний - водород, выделяется водород и образуется большое количество оборванных свободных связей.

Благодаря третьему облучению образца при линейном нагреве до 300ОС с энергией фотона выше фотоэлектрической работы выхода электрона, но ниже энергии связи

5 кремний- водород получают информацию о точечных и структурных дефектах поверхности, а также о выделившемся водороде.

Сопоставляя две кривые зависимости тока экзоэлектронной, эмиссии от темпера10 туры, полученные при первом и втором нагревах, можно выделить информацию о концентрации водорода. О концентрации водорода судят по площади под кривой зависимости разности токов экзоэлектронной

15 эмиссии, полученных при первом и втором нагревах, от температуры, Способ осуществляют следующим образом.

Пленку гидрогенизированного аморф20 ного кремния облучают светом при одновременно линейном нагреве до 300 С, регистрируя ток экзоэлектронной эмиссии.

Затем образец охлаждают до начальной температуры перввого нагрева и облучают .

25 светом с энергией фотона, равной энергйи разрыва связи кремний — водород. Затем образец-вновь облучают при линейном нагреве до 300 С, регистрируя ток экзоэлектронной эмиссии. При этом энергию фотона

30 прйпервом и третьем облучении выбирают из соотношения (1), fl р и м е р, Тонкую пленку гидрогенизированного аморфного кремния толщиной

0,33 мкм, полученную разложением моноси35 лана в плазме высокочастотного разряда, облучают светом при одновременном нагреве от начальной температуры 20 до 300 С.

Фотостимуляцию осуществляют лампой

ДРТ-230; выделяя ультрафиолетовый свет с

40 энергией h и = 3,2 эВ с помощью монохроыатора.

Регистрацию тока экзоэлектронной эмиссии проводят на установке экзозмиссионного контроля в вакууме 5 10 торр с

45 использованием вторичного электронного . умножителя..После нагрева образец охлаждают в вакуумной камере до начальной температуры

20 С, а затем облучают ультрафиолетовым

50 светом с энергией фотона h и= 3 5 эВ, достаточной для разрыва связей кремний — водород в течение 1 ч. После этого образец вновь облучают светом с энергией фотона h v - 3,2 э8 при одновременном нагреве с линейной

55 скоростью 0,22 град/с до 300ОС. Фотостимуляцию и регистрацию тока экзоэлектронной эмиссии проводят аналогично первой операции.

1749953. Составитель А,Щитов

Техред М.Моргентал

Редактор И.Горная

Корректор Э,Лончакова

Заказ 2599 Тираж . . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва; Ж-35, Раушская наб., 4f5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина. 101

На основе величин токов экзоэлектронной эмиссии, зарегистрированных при первом и третьем облучениях, определяют разностную величину тока в экзоэлектронной. эмиссии, которая характеризует концентрацию водорода в тонкой пленке кремния.

Использование метода И К-поглощения в случае пленки такой толщины невозможно, ИК-излучение практически не помещается в пленках такой толщины. Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить определение концентрации водорода в тонких пленках.

Формула изобретения

Способ определения концентрации примеси в кремнии, включающий измерение электрофизйческого параметра образца, нагрев его до 300 С с последующим охлаждением до исходной температуры и повторйое измерение электрофизического параметра, отличающийся тем, что, с целью определения концентрации водорода в тонких пленках гидрогенизированного аморфного кремния, бхлажденный до исходной температуры образец облучают уль5 трафиолетовым излучением с энергией фотона, равной энергии связи водород— кремний, и повторно нагревают образец до

300 С, причем одновременно с нагревом в обоих случаях облучают образец ультрафи- .

10 олетовым излучением с энергией фотона Е, удовлетворяющей условию ф< Е < Есь, где у- фотоэлектрическая работа выхода электрона; E<> — энергия связи водород — кремний, в качестве электрофизического

15 параметра используют ток экзоэлектронной эмиссии, а о концентрации водорода судят по площади под кривой зависимости разности токов экзоэлектронной эмиссии, полученных при втором и первом нагревах, от

20 температуры.