Способ измерения концентрации примеси в полупроводниках

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ . СВИДВТИЛЬСТВУ

Соез Советских

Соцналнстнческнх

Фесттублнк (><) 566277 (6I) Дополнительное к авт. саид-ву(22) 3аявлеио 10.07 °,75(21) 2155745/25 с присоединеииеи заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.07.77. Бюллетень № 27 (45) Дата опубликования описания 27.10.77 у

Р1) М, КЯ.

Н 01 (, 21/66

Гкударстаенкий кфмкткт

6еввта Мкнкстроз СССР в лакам кэабретвккк х юткрыткй (Q3) УД1(621. З82 (088. 8) (72) Авторы изобретения

A.Ã.Ãîëîâêî (71) Заявитель (54) СПОСОЙ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

Изобретение относится к способам измерения физических, параметров полупроводников и может найти применение для научных целей в области физики твердого тела, физики, полупроводников, а также в промышленности для измере-, ния и контроля концентрации примесей в полупроводниковых пластинах, исполь. эуемых для изготовления микросхемы. и . и/и приборов.

Известен способ измерения концентрации примеси B полупроводниках основанный на измерении ЭДС Холла(1).

ЭДС Холла U„ s примесных полупроводниках свяэайа с концентрацией влек. тронов () и дырок (Р), а» к

"" Р (.....,.) где B-магнитная индукция;

J --протекающий через исследуемый образец постоянный ток;

d --размер образца в направлении магнитного поля;

-заряд электронат ,н,н - подвижности электронов и дырокт

Однако для проведения измерений этим способом требуется изготовление специальных образцов - брусков иэ полупроводникового материала с точным расположением холловских контактов;измерительная установка характеризуется громоздкостью и дороговиэнойт способ удобен для измерения концентрации при месей только в некомпенсированных полупроводниках; практически невозможны, измерения концентрации примесей в полупроводниковых пластинах — основном,исходном материале современной микроэлектроникит невозможно измерение концентрации .примесей, на небольших участках полупроводникового материала (локальной конц, ) .

Наиболее близким к изобретению техlO ническим решением является способ,оснсванный на измерении вольт-фарадной характериотики барьеров Шоттки путем металлиэации участка. поверхности полупроводника и прикладывании регулируемого смещения к барьеру характеристики121

Емкость обратносмещенного барьера

Шоттки связана с концентрацией примесей и напряжением смещения зависи(мостью (в -U- — )

-2 2 кт

566277 где С- емкость барьера на единицу пло щадиf

- диффузионный потенциал;

N — концентрация примесей;

U — напряжение смещения; 5 (— диэлектрическая постоянная полупроводника;

)(— постоянная Больцмана;

1 - абсолютная температура.

В компенсированных полупроводниках этот способ позволяет определить результирующую концентрацию, а также концентрацию примесей непосредственно в поверхностной области полупроводника области,,представляющей наибольший интерес для микроэлектроники. jKpoMB того, способ позволяет. определять концентрацию примесей на небольших участках полупроводника.

Недостатками способа являются длительность и сравнительно сложная процедура измерений.

Цель изобретения - ускорение и упрощение измерений.

Достигается зто тем, что при прямом смещении измеряют уровень низкочастотных флуктуаций напряжения и seличину протекающего, через барьер тока; а концентрацию примеси;Определяют по

Формуле макс

30 где („а„ вЂ” ток, при котором уровень флуктуаций напряжения в барьере Шоттки максимален; и - концентрация примеси;

К - постоянный коэффициент, определяемый по эталонным образцам.

Коэффициент К может быть найден также по формуле вв(ив;- т1 ври "Р1 ит / > где U — диффузионный потенциал; в(К - постоянная Больцмана;

Т - абсолютная температура; 45

$ - площадь eapbepa;

q - -заряд электрона;

Р - коэффициент диффузии для основных носителей заряда

N - эффективная плотность состоя- яО ний в валентной зоне или зоне проводи-( мости;

Ц) — высрта барьера,Шоттки.

8 основу способа положены ранее неизвестные свойства барьеров Шоттки, связанные со случайным характером про цессов переноса зарядов. установлено,. что в микротоковом режиме величина спектра низкочастотных флуктуаций нап. ряжения 5(f), измеренного в режиме холостого хода, пропорциональна.произ.46(), ведению дифференциального сопротивления барьеров Шоттки " и падения напJ ряжения на барьере 0

g(f) v> U, 66 это приводит к следующей зависимости спектра флуктаций напряжения от тока

inЦ-i 1)

s(f,s) -ц (2) где ) — ток насыщения барьерат ((- величина, не зависящая от тока.

Зависимость обладает максимумом при токе (3) C к (т

К= екр(2а /кТ) (7)

3g(q.))в,-кт) (e- )зс(пм, Величину коэффициента К можно определить и экспериментально, используя образцы полупроводника с известной концентрацией примесей.

В последнЕм случае процедура изме-; рения концентрации примесей в полупро воднике сводится к пропусканию через потенциальный барьер Шоттки и нагрузочный резистор тока, настройке измерителя на максимум флуктуаций напряжения (для этой:цели к исследуемому барьеру можно подключить простейшее устройство - индикатор уровня флуктуаций напряжения) и снятию показаний непосредственно со шкалы микроамперметра, предварительно проградуированного в величинах концентрации примесей. Такая процедура удобна для контпри напряжении макс "Т/ 1 (4) где Е - основание натуральных логарифмов.

Плотность тока насыщения 3а связана с концентрацией примесей К (например, доноров Ив) ) соотношением

Р1 „.„ где М вЂ” концентрация примесей)

D — - коэффициент диффузии для носителей зарядов;

Йз ПЛОТНОСТЬ СОСТОЯНИЙ °

Особо следует подчеркнуть, что перенос зарядов в барьерах Шоттки в условиях малой инжекции определяется движением только основных. носителей зарядов, поэтому в компенсированных полупроводниках концентрация примесей

)(определяется как

N-l" " r где КО,N - концентрации акцепторной и донорной примесей.

Из выражения (5), используя выражения (3), (4) и учитывая, что J *9Ю где g - площадь барьера Шоттки, следует макс (6) причем

566277

Формула изобретения

Составитель A.Балагуров

Техред Н.Андрейчук Корректор .С.ймалова

Редактор Е.Гончар

Заказ 2439/35 Тираж 976 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 роля йачества легирования полупроводниковых пластин B,ïðîûÿøëåííîñòè.Èåталлизацию в таких случаях можно заменить использованием ртутных контактов, как зто имеет место в вольт-фрадном методе.

Способ измерения концентрации примеси в полупроводниках, включающий создание потенциального барьера Шоттки путем металлиэации участка поверхности полупроводника. и прикладывание регулируемого смещения к барьеру, отличающийся тем, что, с целью упрощения и ускорения измерений, при прямом смещении измеряют уровень низкочастотных флуктуаций нап. ряжения и величину протекакщего через барьер тока, а кснцентрацню примеси определяют по формуле

5 К монс t где Д„ „ - ток, при котором уровень флуктуаций напряжения в барьере шот тки максимален . и - концентрация примеси

10 К - постоянный коэффициент, определяемый по эталонным образцам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

15 1. Стильбанс Л.С. Физика полупроводников. М., Сов.радио,1967,с.176.

2. Эи С.М.Физика полупроводниковых приборов.М., Энергия, 1973,с. 248.