Способ определения концентрации примеси в кремнии

(5)5 Н 01 1. 21/66 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ технологии частности к ции водорорфном крем щийся в обо монокрир-типа следующимия. Облучепластины в мой в квартечение незаключаетдля тонких ролирувмойнного амордлина волны. (71) Рижский технический университет (72) Ю.Д.Дехтяр, Г.Л.Сагалович, Ю.А,Савваитова, Е.А.Казакова и А.Я,Виноградов (56) Заявка Японии В 63-147340, кл. Н 01 .21/66, 1986.Авторское свидетельство СССР В 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 кполучения полупроводников, вспособам измерения концентрада в гидрогенизированном амонии.Известен способ, заключаюлучении высоколегированногсталлического кремнияинфракрасным излучением с иизмерением спектра поглощенние проводят после обработкиводородной плазме, возбждаецевом цилиндре при 180 С, вскольких часов., Недостаток данного методся в том, что он неприменимпленок, так как толщинаконттонкой пленки гидрогенизировафного кремния 0,33-0,35 мкм, а ню 5 Оии 1749953 А 1 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 йревосходи 1"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.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 условиюрс ЕЕсв, 11) где р - фотоэлектрическая работа выхода электрона;Есв - 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 образцапри линейном нагреве до ЗОООС с энергиейфотона выше фотоэлектрической работывыхода электрона, но ниже энергии связи5 кремний - водород получают информацию оточечных и структурных дефектах поверхности, а также о выделившемся водороде,Сопоставляя две кривые зависимоститока экзоэлектронной, эмиссии от темпера 10 туры, полученные при первом и втором нагревах, можно выделить информацию оконцентрации водорода. О концентрацииводорода судят по площади под кривой зависимости разности токов экзоэлектронной15 эмиссии, полученных при первом и второмнагревах, от температуры,Способ осуществляют следующим образом.Пленку гидрогенизированного аморф 20 ного кремния облучают светом при одновременно линейном нагреве до ЗОООС,регистрируя ток экзоэлектронной эмиссии.Затем образец охлаждают до начальнойтемпературы первого нагрева и облучают .25 светом с энергией фотона, равной энергйиразрыва связи кремний - водород. Затемобразец-вновь облучают при линейном нагреве до 300 С, регистрируя ток экзоэлектронной эмиссии. При этом энергию фотонаЗО прй первом и третьем облучении выбираютиз соотношения (1),П р и м е р, Тонкую пленку гидрогенизированного аморфного кремния толщиной0,33 мкм, полученную разложением моноси 35 лана в плазме высокочастотного разряда,облучают светом при одновременном нагреве от начальной температуры 20 до 300 С.Фотостимуляцию осуществляют лампойДРТ; выделяя ультрафиолетовый свет с40 энергией и и = 3,2 эВ с помощью монохроыатора.Регистрацию тока экзоэлектроннойэмиссии проводят на установке экзозмиссионного контроля в вакууме 5 10 торр с45 использованием вторичного электронного. умножителяПосле нагрева образец охлаждают в вакуумной камере до начальной температуры20 С, а затем облучают ультрафиолетовым50 светом с энергией фотона и= 3;5 эВ, достаточной для разрыва связей кремний - водород в течение 1 ч. После этого образец вновьоблучают светом с энергией фотона и ю,2э 8 при одновременном нагреве с линейной55 скоростью 0,22 град/с до ЗОООС, Фотостимуляцию и регистрацию тока экзоэлектронной эмиссии проводят аналогично первойоперации.Редактор И.Горная Корректор Э,Лончакова Заказ 2599Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью определения концентрации водорода в тонких пленках гидрогенизированного аморфного кремния, бхлажденный до исходной температуры образец облучают уль трафиолетовым излучением с энергиейфотона, 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 9 ЕЕсв, где у- фотоэлектрическая работа выхода электрона; Есв - энергия связи водород - кремний, в качестве электрофизического 15 параметра используют ток экзоэлектроннойэмиссии, а о концентрации водорода судят по площади под кривой зависимости разности токов экзоэлектронной эмиссии, полученных при втором и первом нагревах, от 20 температуры.