Способ определения электрофизических характеристик легированных слоёв кремниевых пластин

Изобретение относится к средствам контроля параметров полупроводниковых материалов. Способ неразрушающего контроля характеристик легированных слоев полупроводниковых структур включает измерение поверхностного сопротивления легированного слоя четырехзондовым методом, определение ИК-спектров отражения от поверхности кремниевых пластин, нахождение минимума на спектральной зависимости коэффициента отражения, вычисление по эмпирическим формулам концентрации примеси на поверхности легированного слоя и расчет глубины залегания р-n перехода по предложенной согласно изобретению расчетной формуле. Изобретение обеспечивает относительно простой и надежный способ неразрушающего контроля характеристик легированных слоев полупроводниковых структур. 1 табл.

 

Изобретение относится к устройствам контроля параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано для неразрушающего определения поверхностного сопротивления легированного слоя, глубины, на которой образуется p-n переход, и концентрации примеси на поверхности кремниевых пластин как при входном контроле, так и при контроле полупроводниковых структур после технологических операций создания легированных слоев.

Известен способ определения параметров полупроводниковых материалов, обеспечивающий неразрушающий контроль одновременно трех важнейших параметров полупроводниковых структур: удельной проводимости, концентрации и подвижности носителей заряда по глубине образца для локальных его областей. Способ включает облучение слоя полупроводника электромагнитным зондирующим излучением, длина волны которого превышает толщину слоя полупроводника, измерение интенсивности интерференционных максимумов первого или второго порядков отраженного или прошедшего через полупроводник излучения, определение мощности отраженного, прошедшего и поглощенного излучения, расчет локальной проводимости полупроводника, причем с целью обеспечения возможности одновременного определения дополнительных параметров, облучаемый слой полупроводника приводят с одной стороны в контакт с двумя гальванически не связанными объемами химически нейтрального по отношению к полупроводнику электролита, между одним из которых и полупроводником прикладывают постоянное обедняющее напряжение, измеряют емкость области пространственного заряда (ОПЗ), определяют исходя из нее толщину ОПЗ, одновременно прикладывают к полупроводнику и электролиту переменное напряжение, измеряют мощность излучения, поглощенного в необедненном слое полупроводника, последовательно изменяют значения подаваемого постоянного напряжения до напряжения пробоя ОПЗ, а также амплитуду переменного напряжения и снимают зависимости мощности поглощаемого излучения от толщины ОПЗ и амплитуды переменного напряжения, по которым дополнительно определяют соответственно профиль удельной проводимости, а также профили подвижности и концентрации носителей заряда (см. Патент РФ №1835967, МПК H01L 21/66, опубл. 1996 г.).

К недостаткам данного способа следует отнести необходимость создания электрического контакта между поверхностью образца и двумя гальванически несвязанными областями жидкого электролита, а также сложность и трудоемкость процедуры измерения.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения характеристик легированных слоев полупроводниковых структур, включающий измерение поверхностного сопротивления RS четырехзондовым методом и определение глубины расположения p-n перехода Xj методами косого, шарового или цилиндрического шлифов с последующим воздействием на область шлифа химических реагентов, способных различно окрашивать полупроводник с электронной и дырочной проводимостью. Определив поверхностное сопротивление RS слоя и глубину залегания p-n перехода Xj по известной формуле, рассчитывают поверхностную концентрацию примеси NS (см. Курносов А.И. Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. - М.; Высшая школа, 1986. 368 с.).

Недостатком этого способа является то, что метод шлифа, используемый для определения глубины залегания p-n перехода, является разрушающим, а также весьма сложным и трудоемким.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в осуществлении возможности неразрушающего контроля характеристик легированных слоев полупроводниковых структур, включающего измерение поверхностного сопротивления легированного слоя, определение глубины расположения p-n перехода и поверхностной концентрации примеси, при сравнительной простоте и надежности осуществления способа.

Это достигается тем, что в способе определения электрофизических характеристик легированных слоев кремниевых пластин включающем измерение поверхностного сопротивления легированного слоя четырехзондовым методом, дополнительно осуществляют определение ИК-спектров отражения от поверхности кремниевых пластин, нахождение минимума на спектральной зависимости коэффициента отражения, вычисление по эмпирическим формулам концентрации примеси на поверхности легированного слоя и расчет глубины залегания p-n перехода по следующей формуле: где Xj - глубина, на которой образуется p-n переход, м; е - заряд электрона, Кл; μ - подвижность носителей заряда, NS - поверхностная концентрация примеси, м-3;NB - концентрация примеси в исходном кремнии (базе), м-3; RS - поверхностное сопротивление легированного слоя, Ом/□.

Технический результат состоит в неразрушающем контроле характеристик легированных слоев полупроводниковых структур, включающем измерение поверхностного сопротивления легированного слоя, определение поверхностной концентрации примеси и теоретический расчет по полученным данным глубины залегания p-n перехода при относительной простоте и надежности предполагаемого способа.

Способ реализуют следующим образом.

Используя спектры отражения ИК-излучения, находят длину волны λmin, мкм, на которую приходится минимум коэффициента отражения R(λ). Поверхностную концентрацию примесных атомов NS определяют по следующим эмпирическим зависимостям (см. Павлов Л.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. - М. Высшая школа, 1987. 239 с.):

- для n-кремния:

где NS изменяется в диапазоне 1,5⋅1018-1,5⋅1021, см-3;

- для p-кремния

где NS изменяется в диапазоне 3,0⋅1018-1,0⋅1020, см-3;

Используя четрехзондовый метод, измеряют поверхностное сопротивление RS Ом/□. Считая профиль залегания примеси N(x) известным из формул (см. Курносов А.И. Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. - М.; Высшая школа, 1986. 368 с.):

и

где - среднее значение удельного сопротивления легированного слоя, Ом⋅м;

Xj - глубина, на которой образуется p-n переход, м;

е - заряд электрона, Кл;

μ - подвижность носителей заряда,

N(x) - распределение примеси в диффузионном слое, вид которого считается известным, м-3;

NB - концентрация примеси в исходном кремнии (базе), м-3,

находят

В частности, для гауссового профиля N(x), пренебрегая зависимостью подвижности носителей заряда от их концентрации, находят глубину залегания p-n перехода Xj:

где NS - поверхностная концентрация примеси, м-3.

В случае гауссова распределения примеси параметры N(x) и Xj однозначно определяют форму профиля N(x):

При этом сами NS и Xj однозначно определяются технологией изготовления легированного слоя, в частности, для диффузионного слоя:

где Q - доза легирующей примеси, м-2;

D - коэффициент ее диффузии,

t - время диффузии, с.

Пример выполнения измерений.

По приведенному выше способу были определены поверхностное сопротивление легированного слоя RS, поверхностная концентрация примеси NS и глубина залегания p-n перехода Xj по формуле (6), для кремниевых пластин КОФ50-70 толщиной 440 мкм и ориентацией кристаллографической плоскости (111), из которых изготавливают модули тиристорные МТ3-540-18-А2 (АО Протон - Электротекс г. Орел).

Спектры отражения от поверхности легированного слоя исследованных пластин снимали на ИК Фурье-интерферометре (ИнфраЛЮМ ФТ-08), снабженном специальной приставкой для определения коэффициента отражения (см. патент РФ 2291407, G01J 3/46, опубл. 2006 г.). Поверхностное сопротивление легированного слоя измеряли четырехзондовым методом на установке ВИК-УЭС (АО Протон - Электротекс г. Орел).

Далее осуществляли расчет глубины залегания p-n перехода Xj по формуле (6). Полученные данные приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, значения определяемых параметров исследованных пластин, полученных по предлагаемому способу и способу прототипу, находятся в полном соответствии.

Способ определения электрофизических характеристик легированных слоев кремниевых пластин, включающий измерение поверхностного сопротивления легированного слоя четырехзондовым методом, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют определение ИК-спектров отражения от поверхности кремниевых пластин, нахождение минимума на спектральной зависимости коэффициента отражения, вычисление по эмпирическим формулам концентрации примеси на поверхности легированного слоя и расчет глубины залегания p-n перехода по следующей формуле:

где Xj - глубина, на которой образуется p-n переход, м;

е - заряд электрона, Кл;

μ - подвижность носителей заряда,

NS - поверхностная концентрация примеси, м-3;

NB - концентрация примеси в исходном кремнии (базе), м-3;

RS - поверхностное сопротивление легированного слоя, Ом/□.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в квантовой криптографии, в системах передачи информации, квантовых вычислений или обработки данных, а также в качестве метрологического стандарта светового потока и для энергетики. Функциональный элемент квантового излучателя представляет собой нитевидный нанокристалл со структурой стержень-оболочка, выполненный из полупроводниковых материалов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля удельного электросопротивления полупроводниковых кристаллических материалов, в частности монокристаллов германия. В способе согласно изобретению образец размещают на подложке, экранирующей электромагнитное излучение от нагревательного элемента, быстро нагревают, регистрируют его тепловизионное изображение, определяют опорные точки, имеющие минимальную и максимальную температуру образца, измеряют в этих точках электросопротивление четырехзондовым методом, строят температурные профили и на их основании с помощью предложенной формулы.

Изобретение относится к устройствам, специально предназначенным для изготовления или обработки полупроводниковых приборов или приборов на твердом теле или их частей, а именно к креплению полупроводникового прибора на опоре для сборки и пайки матриц лазерных диодов. Устройство для сборки и пайки матрицы лазерных диодов (МЛД)) включает основание 1, в котором сформирован паз ступенчатого профиля 2 под установку субмодулей 3 МЛД, состоящих из линеек лазерных диодов 4 (ЛЛД) и теплоотводов, ограничитель 5, к которому вплотную устанавливают первый субмодуль 3 (фиг.

Изобретение относится к области технологии производства силовых полупроводниковых приборов и касается способа входного контроля монокристаллических кремниевых пластин. Способ включает в себя облучение пластин инфракрасным излучением, определение коэффициента пропускания, установление корреляционной зависимости между коэффициентом пропускания и количеством годных пластин и оценку пригодности пластин по этой характеристике.

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к способам изготовления полупроводниковых приборов и микросхем, предназначенных для сборки в корпус с использованием эвтектической пайки и может быть использована для широкого круга изделий электронной техники. Техническим результатом изобретения является расширение области использования при покрытии посадочного места серебром, повышение производительности труда при сборке и повышение качества пайки.

Использование: для контроля статических и динамических параметров многовыводных кристаллов БИС, в том числе для считывания информации с матриц ИК фоточувствительных элементов. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления жесткой зондовой головки, предназначенной для электрического соединения контактных площадок БИС со схемой измерения, заключается в сборке жесткой зондовой головки с использованием формирующего и армирующего колец, при этом формирующее и армирующее кольца изготавливают круглой формы с концентрическими отверстиями, после сборки жесткой зондовой головки к внутренней части армирующего кольца и прилегающему к ней ряду зондов приклеивают дополнительные диэлектрические вставки в виде сегментов с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру армирующего кольца, и внутренней частью дугообразной формы для выравнивания длин зондов в центре и по краям рядов зондов.

Изобретение относится к технологии производства тонких алмазных пленок и может быть использовано для оперативного контроля структурного состояния (распределения sp2- и sp3-связей). Способ контроля структурного состояния алмазоподобных тонких пленок включает сканирование поверхности пленок зондом сканирующего зондового микроскопа в режиме туннельного тока, а геометрические параметры структурных объектов, представляющих собой совокупности токовых каналов, в которых атомы углерода с sp2-связями формируют графитовую фазу, и непроводящих алмазных фрагментов, сформированных атомами углерода с sp3-связями, определяются Фурье-анализом.

Изобретение относится к профилированию состава твердых растворов гетероэпитаксиальных структур при их росте. Способ при формировании структуры типа А2В6 на основе теллуридов элементов второй группы таблицы Менделеева включает измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ на одной длине волны света видимой области спектра.

Изобретение относится к приборам и методам экспериментальной физики и предназначено для исследования дефектной структуры кристаллов. Технической задачей является определение направлений дислокаций с большим углом отклонения от нормали к плоскости (111).

Изобретение относится к области создания электромеханических изделий и ультразвуковых излучателей. Предложен материал для электростриктора на основе твердых растворов, включающий PbO, MgO, Nb2O5 и TiO2 и дополнительно содержащий оксиды Bi2O3 и Sc2O3, при этом указанный материал имеет состав (1-2x)BiScO3⋅xPbTiO3⋅xPb(Nb2/3Mg1/3)O3 при x = 0,42.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оборудованию для обеспечения контакта измерительного оборудования с исследуемым образцом при проведении измерений поверхностного и удельного сопротивления четырёхзондовым методом. Контактирующая головка для проведения четырёхзондовых измерений включает две керамические пластины, соединённые при помощи четырёх латунных стоек, которые с внешней стороны обеспечивают подсоединение измерительного оборудования.
Наверх