Способ определения дефектов полупроводниковых слоев и диэлектриков

 

(72) Автор . изобретения

B. П. Пронин

/ !

Научно-исследовательский институт межщикй и физики : "-: при Саратовском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. Н. Г. Чернышевскоте / (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СЛОЕВ И ДИЭЛЕКТРИКОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при разработке технологии производства высокоом- ных„фотополупровоаниковых слоев на проЙровоаяшей подложке и диэлектриков, особенно в электрофотографической промышленности путем реализации в конкретных устройствах, предназначенных для нераэрушаюшего контроля качества выпускаемой продукции.

Известен способ определения дефектов высокоомных фотополупровоаниковых и диэлектрических слоев, заключающийся в определении комплексной диэлектрической проницаемости системы электродов в при1% сутствии слоя, по которой судят о дефектах 513.

Известен также способ определения дефектов полупроводниковь х. и диэлектрических слоев, заключающийся в возбуждении вблизи слоя с помощью системы

° электродов статического или квазистатического поля и обнаружении дефектов по .. изменению индуцированного> на измерительных электродах заряда или тока С23

Недостатки указанных способов связаны с тем, что определение 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 дефектов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения аефектов высокоомных полупроводниковых слоев на проводящей подложке и диэлектриков, заключающийся в нанесении электростатического заряда на поверхность и измере ния с помощью зонда на заданном раостоянии от .заряженной поверхности параметров электростатического поля, по которым судят о дефектах. Полученные зависимости анализируют и выявлятот

868525

15 наличие дефектов по отклонению измеряемой величины от ее известного среднего значения 3 .

Однако этот способ не может обеспечить высокую точность определения места расположения и размеров дефектов из-за практических сложностей проведения измерений в непосредственной близости от сканируемой заряженной: поверхности, которые:обусловлены необходимостью достижения высокой разрешающей способности.

Цель изобретения - повышение точности определения расположения и размеров

I 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 определяемых 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 лишь 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 процесс измерений соседних O заряженных участков слоя их располагают друг от друга на расстоянии, большем расстоян;:я от слоя до зонда. Такая реа20

4 лиэация 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 и реэультате 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 опредьляется характером дефекта. Например, . если один иэ заряженных участков исследуемой поверхности имеет высокую проводимость, то в последовательности отсутствует этот импульс, т е. 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 емкостиой системы с исследуемым слоем и электрической системы с локально заряженной поверхностью диэлектрика соответственно; на фиг. 4 - зависимость,иллюстрирующая влияние изменения расстояния от зонда до слоя на точность измерений.

Способ осуществляют следующим образом.

На отдельные участки исследуемого слоя 1 диэлектрика или высокоомного фотополупроводника, расположенного на проводящей подложке 2, при его сканировании наносят заряд с помощью коронирующего электрода 3, подключенного к положительному полюсу источника 4 питания, управляемого от импульсного генератора 5, С, помощью измерительного электрода 6, соМ8525 единенного с усилителем 7 и индикатором

8, определяется индуцированный заряд или ток, обусловленный действием поля заряженного участка, расположенного под эл ктродом 6, а затем с помощью второго коронирующего электрода 9, подключенного к отрицательному полюсу источника

4, заряд нейтрализуется и слой подготавливается для проведения следующего цикла. 1О

При непрерывном сканировании поверхности индикатор 8 регистрирует последовательность импульсов, возникающих в результате электростатической индукции заряда в цепи электрода 6. За счет выбора 15 длительности импульсов генератора 5 при постоянной скорости сканирования слоя

1 размеры заряженных участков выбирают сравнимыми с линейными размерами обнаруживаемых дефектов, поскольку при gp этом обеспечиваются оптимальные условия для контроля всего слоя, выражающиеся в том, что необходимо осуществить минимум циклов для точного установления места расположения дефекта (в пределах 25 смешения, 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 укаэанное расстояние было по крайней мере не, меньше расстояния от электрода 6 до слоя 1. где 5 — плотность заряда; р - потенциал на поверхности полупроводника при отсутствии за» ряда и единичном потенциале на зонде.

С уменьшением Ь2/-+29., таким обра- . зом, приИФО 2L>28 Наведенный заряд содержит информацию о всех дефектах, иа35 ходяшихся в пределах апертуры зонда, и определить местоположение дефекта и его размеры практически невозможно, 40

В предлагаемом способе заряд наносится только на дискретные участки 28<28, причем в пределах апертуры зонда находится только один из них (фиг. 3).

По-прежнему имеем

q„=$ 4(x> l(x,+s)ax=(G(x> Y(x,ú>à Щ -L а 4

- "()d(x>v(x,Ф )ая+ б(>м(х,ь)ах+ 6(х»(>и)ак, а

-а ()а(хи(ж,+)dx= 6(x>v(x,ь)=о, ь(л) = о, -4

55 у и= G(x)9(x„@3 .

Например, успешно испол) зуются высокоомные слои, имеющие дефекты, линейные размеры которь.х 30-50 мкм, однако наличие дефектов в 300-500 мкм недопустимо. В этом случае при контроле слоев, целесообразно формировать размеры заряженных участков порядка 300 мкм и за один цикл осуществить их смещение вдоль поверхности на 300 мкм. Увеличение размеров этих участков приводит к снижению точности определения дефектов из-за появления избыточной информации, а умень шение — 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 де- фектов высокоомных полупроводников толщиной Н, реализующих предварительно нанесение заряда на всю исследуемую поверхность и последующее ее сканирование на определенном расстоянии с помощью зонда с размерами активной поверхности

29, основными характеристиками, определящими точность, является линейные торцовые размеры зонда и качество электромеханических сканирующих устройств.

С приближением зонда к исследуемой заряженной поверхности линейные размеры апертуры стремятся в 2В, а коэффициент передачи системы по заряду резко возрастает и соответственно увеличивают» . ся погрешности, обусловленные несовершенством сканирующей системы.

Математически это может быть выражено следующим образом.

Индуцированный на зонде заряд (фиг.2) определяется интегралом

СО

l >= @(">"(" ")а (,(x>v(g,>)ах, 868525

15

50

Т.е. наведенный заряд содержит информацию только о дефектах, находящихся в интервале 2д С 2Ь, Так как размеры зарядовых пятен могут быть сделаны меньше 2В, появляется воэможность определения места расположения и размеров дефектов независимо от апертуры зонда, что приводит к повышению точности при одной и той же апертуре зонда в — раэ.

Ь

Й

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 20) 11, Н,Ч(Х,Ы= — k репко воврввтеет прв мвн лых h (фиг, 4), и небольшие вариации и приводят к большим изменениям Ч, следовательно, и всего заряда.

В предлагаемом способе эта погрешность сильно уменьшена, так как разрешающая способность определяется только размерами зарядовых пятен 2Я и не зависит от апертуры зонда, поэтому измерения можно осуществлять при сравнительно больших 11, где практически не сказываются погрешности сканирог ания, В частности при изменении Ь Ь вблизи от поверхности изменения d 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 беэ улучшения качества сканирующих систем, а также способствует упрощению измерений и обработки результатов. Последовательное нанесение зарядов на соседние участки, повторение цикла измерений и суперпозиция результатов на пространственной или временной шкале позволяет получить дета» льную картину о дефектах.

Реализация предлагаемого способа позволяет существенно улучшить локальность 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, 8

Кроме того, предлагаемый способ поз валяет упростить процесс измерений и обеспечить машинную обработку данных о дефектах контролируемых слоев, а также облегчить интерпретацию результатов, что приводит к созданию автоматизированных систем контроля раэличых 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 цомошью зонда, сканирующего над заряженной поверхностью, о т л и ч а— ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности, заряд наносят на отдельные учасгки поверхности, размеры которых равны наименьшим размерам определяемых дефектов, а расстояние между соседними участками больше суммы максимального линейного размера торца зонда и его рас- стояния до поверхности, но меньше ее размеров, последовательно измеряют параметры электростатического поля над каждым участком, затем стирают заряд и наносят его на средние участки поверхност11, смещенные относительно прежних на расстояние, равное их линейным размерам, и, проводя операции с повторением цикла, неоднократно пространственно суммируют измеренные параметры поля эа все циклы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 459743, кл. Q 01Ì 27/26, 1975.

2. Гриценко В. Л„Матвеева И. А., Пронин В. П. Применение емкостных зондов для определения локальных неоднородностей пленочных структур. "Рост и легирование полупроводниковых кристаллов и пленок". Ч. II. Новосибирск, "Наука".

1977, с. 310-3,15.

3,Добровольскис А., Петретис Б., Саналаускас С., Карнавичус В. Измерение микрорасстояния потенциала зарядки в электрографии, Литовский физический сборник.

ХУ, № 5, 1975, с. 811-817 (прототип).

868525

08 бРи 08Ô фиг. Ф

Заказ 8310/59 Тираж 910

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент », г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Э. Скорняков

Редактор Т. Мермелштайн Техред Ж.Кастелеви Корректор У. Пономаренко