Способ операционного контроля ионно-легированных слоев

СПОСОБ ОПЕРАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ИОННО-ЛЕГИРОВАННЫХ СЛОЕВ, включающий пропускание постоянного стабилизированного электрического тока через ионно-легированный слой, измерение разности потенциалов и ее флуктуаций и определение по ним электрофизических параметров слоя, по которым судят о его дефектности, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и экспрессности измерений, а также повышения их информативности, разность потенциалов и ее флуктуаций измеряют совместно за один цикл пропускания тока, выделяют 1/f составляющую шума из спектра флуктуаций, на основании полученных значений определяют сопротивление слоя, спектральную плотность флуктуаций типа 1/f и их взаимосвязь.

Изобретение относится к измерениям электрофизических параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано для операционного контроля дефектности ионно-легированных слоев, в частности, при малых дозах легирования.
Цель изобретения - повышение чувствительности, информативности и экспрессности способа контроля.
П р и м е р 1. Измерения проводят на пластине монокристаллического кремния p-типа проводимости с удельным сопротивлением p>1 10⁴ Ом см, имплантированного бором с дозой 5 10¹² см^-2 и энергией Е=200 кэВ. Температура отжига Т_отж= 600^оС, время отжига t_отж=30 мин. На поверхность образца устанавливают 4 зонда. Опускают экран, предназначенный для подавления электромагнитных наводок. По заданной величине дозы легируемой примеси Ф определяют диапазон измерений и устанавливают величину тока измерений согласно данным таблицы.
Измерения проводят 4-зондовым способом на частоте f=10 Гц. Измеряют разность потенциалов и их флуктуаций следующим образом: сигнал с образца U(t) одновременно подается на вольтметр для измерения разности потенциалов U и на спектроанализатор для измерения флуктуаций U(t). Для этого, пропуская ток I₁₄= 9 10^-6 А между 1 и 4 зондами, измеряют разность потенциалов U₂₃= 4 10^-2 В и ее флуктуаций U²₃₂=1,86 10^-18 В²между 2 и 3 зондами. Пропускают ток I₁₃=1 10^-5 А между 1 и 3 зондами и измеряют U₂₄=5 10^-2 В между 2 и 4 зондами. Определяют значение слоевого сопротивления R_S по формуле
R_S= _R = 6,5 10³Oм/ где _R= -14,696+25,173 -7,872 = 1,464.
Затем определяют значение спектральной плотности флуктуации слоевого сопротивления S (f) при f= 10 Гц и f=1 Гц - ширина полосы пропускания фильтра.
S (f) = = < U²₂₃> = 1,23 10^-8Ом/Гц
Затем производят повторный цикл измерений для f₁=10nf, где n=1-10, для выделения из спектра шумов 1/f составляющей.
По полученным результатам определяют S (f₁). Если рассчитанное соотношение удовлетворяет равенству S (f₁)/S (f)=f₁/f=10n, то в данной области шум типа 1/f преобладает над уровнем других видов шумов, что определяется подбором параметров I и f.
Далее определяют количественную взаимосвязь слоевого сопротивления R₃ и спектральной плотности флуктуаций слоевого сопротивления S (f):
S_DS= = 0,112 где межзондовое расстояние 1=0,1 см;
q - заряд электрона.
Полученное значение S_DS сравнивают со значением S_DS^o= _{o o} =1 см²/В с неимплантированного полупроводника, где подвижность носителей заряда _о=600 см²/В с для p-кремния и _о=1,6 10^-3 - коэффициент Хоухе.
На основании сравнения указанных значений можно сделать вывод, что в ионно-легированном слое преобладает механизм рассеяния на внедренной примеси.
Определяют концентрацию N_S и эффективную подвижность _эффектносителей заряда
N_S= = 3,23 10¹²см^-2
_эффект=MS_DS¹¹³=298,1 см^-1/В c, где М=( _o² / _o)^1/3=6,21 10² см²/В c.
П р и м е р 2. Измеряют образец кремния p-типа проводимости, имплантированный бором
Ф= 5 10¹⁴ см^-2, Е=200 кэВ, Т_отж=800^оС, t_отж=10 мин, I₁₃=2 10^-4 А, U₂₄= 1 10^-2 В; < U₂₃²>=9,81 10^-17 B²; I₁₄=1 10^-4 А, U₂₃=9 10^-3 B.
_R=5,109.
R_S=4,6 10² Ом/
S_R(S)=6,396 10^-8 Ом²/Гц.
S_DS=1,643 10³ см²/В с.
Cравнивают значение S_DS со значением S_DS^o для исходного материала
S_DS=1,643 10³ см/B с >> S_DS^o=1 см²/В с.
Следовательно, в ионно-легированном слое (ИЛС) преобладающим является механизм рассеяния на технологической дефектности. Изменяя режимы имплантации и отжигов, необходимо добиваться уменьшения S_DS. Оптимальными, с точки зрения минимума дефектности, являются такие подобранные режимы технологии, при которых значение S_DS, измеренное на ИЛС, является минимальным.
Чувствительность данного способа в 10²-10⁴ раз выше чувствительности известного способа.
Изобретение относится к измерениям электрофизических параметров полупроводников и может быть использовано для контроля дефектности ионно-легированных слоев полупроводника, и частности, при легировании малыми дозами. Цель изобретения - повышение чувствительности и экспрессности измерений, а также повышение их информативности. Особенностью изобретения является совместное измерение разности потенциалов и их флуктуаций типа 1/f за один цикл пропускания тока, определение по ним взаимосвязи слоевого сопротивления и спектральной плотности флуктуаций 1/f, на основании которых судят о дефектности ионно-легированного слоя. 1 табл.