Способ определения профиля концентрациипримеси b полупроводниках

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ц 689423(51)М. Кл. 6 01 й 31/26 Государственный коинтет СССР яо делан изобретений н открытий(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИМЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ хаАс" (1) и(х) дч Изобретение относится к области контроля электрофизических параметров подупроводниковых материалов и может быть использовано для определения профиля концентрации легирующих примесей в полупроводниковых слитках, пластинах, пленках а также в различных полупроводниковых структурах и приборах (р-и переходы, МДП, структуры, диоды, фотодиоды, транзисторы и др,) .Известен способ измерения профиля концентрации примесей в полупроводниках, основанный на связи емкости обедненного слоя С (измеренной на малом сигнале) с расстоянием от металлического контакта или от более сильно легированной области р"п,перехода х и концентрацией примесИ Б (х): где А и В - некоторые коэффициентыпроПорциональности, а Ч- напряжение на образце. Способ .заключается впропускании через образец постоянного по амплитуде тока высокой частоты й и измерении напряжения наэтой частоте й и напряжения на частоте 2 Г, выделившихся на образце (1),Напряжение на частоте Й на обраэце пропорционально С и,. следовательно, согласно (1), пропорционально расстоянию х. После усиления идетектирования это напряжение подается на вход горизонтальной развертки регистратора (дьухкоординатного (5 самописца или осциллографа), Напряжение на частоте 2 Е, выделившееся наобразце, пропорционально Й(С )/ЙЧи, следовательно, согласно (2), пропорционально 1/Б(х) . После усиления 2 О и детектирования оно может быть подано на вход вертикальной разверткирегистратора. Если ввести в каналусиления 2 Г логарифмический усилитель, на вертикальный вход регистратора будет попадать сигнал, пропорциональный 1 одИ(х) . Для прохождениявсех возможных значений координатых к образцу дополнительно прикладывается медленно иэменяюшееся напря- ЗО жение смецения. При этом регистратор вычерчивает кривую 1/И(х) или1 одМ(х) как функцию х. Такие кривыеиначе называются криными профиляконцентрации примесей в полупроводнике.Данный способ имеет недостаток,заключающийся в необходимости непосредственного электрического контакта к структурам типа р-п переходов,барьеров Шоттки и металл-диэлектрикполупроводник (МДП) .Известен способ контроля электроФиэических характеристик полупроводниковых материалов, заключающийся вподаче на образец полупроводниканапряжения смещения, освещении егомодулированным световым потоком ирегистрации переменной конденсаторной ЭДС (2,Известный способ позволяет избавиться от непосредственного электрического контакта с полупроводниковымобразцом.Однако получение надежной информации в профиле концентрации примеси н полупроводнике с его помощьюзатруднительно.Целью изобретения является повышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем,что образец Полупроводника одновременно освещают двумя потоками с частотами й и Г и регистрируют пе 1ременное напряжение на комбинационных частотах:.+Физическое обоснование описйнаемого способа состоит в следующем.При освещении в полупроводнике генерируются свободные электронно-дырочные пары. В области пространственного заряда они разделяются иизменяют падающее на нем напряжение.Это изменение напряжения и называется фото-ЭДС.Ч В случае, когдамодуляция света идет на достаточновысокой частоте (практически - более 100 кГц), переменная составляющая генерируемого светом заряда Яне успевает рекомбиниронать и идетна зарядку емкости области пространственного заряда С, Между (.) и Ч имеет место дифференциальное соотношение 1 О 20 25 30 35 40 45 50 ач = с 1 аа(3)Величина С нелинейна и, в свою очередь, зависит от , Ограничиваясь двумя членами разложения н ряд, имеемили, используя (3),Если величина О является гармонической функцией времени0 = Оэ 1 им, и = 2 ЙЕ,то из (б) следует, что перная гармоника фото-ЭДС пропорциональна Сч т.е., согласно (1), пропорциональнакоординате х, а вторая гармоникафото-Эдс пропорциональна а(С )/а 1),т.е., согласно (2), пропорциональна1/И(х). Если величина 0 являетсясуммой двух гармонических величин то обе первые гармоники фото-ЭДС пропорциональны х, а обе вторые гармоники фото-ЭДС, а также сигналы фото ЭДС на комбинационных часто.тах Е + Г и Г 1 - Г пропорциональны 1/Я(х).В принципе для измерений достаточно использовать один световой поток, модулируемый с частотой Г/Г 1 = х /, для более точных измерений концентрации (1(х) предпочтительнее использовать два световых потока с разными частотами модуляции й 1 и Г и вести измерения сигнала 1/И(х) на одной иэ комбинационных частот. Причина этого состоит в том, что при существующих способах модуляции световые потоки, как правило, не являются промодулированными строго гармони-. чески, а уже содержат высшие гармоники, в частности, вторую гармонику, которая будет создавать параэитный сигнал и вносить погрешность в измерения. С другой стороны, при наличии хороших (в смысле гармоничности) модуляторов света и пониженных требованиях к точности измерений частный случай предлагаемого способа, использующий только одну частоту модуляции, может оказаться даже предпочтительней ввиду своей простоты.Преимуществом предлагаемого способа является его малая чувствительность к последовательным сопротивлениям в образце и контактах, а также к паразитным емкостям монтажа, контактов и нходов усилителей, поскольку в цепи источника Фото-ЭДС все они включены последовательно с емкостью внешний электрод-образец. Величина последней много меньше емкости пространственного заряда и не зависит от напряжения.Способ может быть реализован с помощью устройства, изображенного на чертеже. Внешний полупрозрачный электрод 1 нанесен на торец стеклянного снетовода 2 и подведен к образцу 3, Между образцом 3 и элект. родом 1 оставлен зазор в несколько микрон, Величину этого зазора можно контролировать, например, измеряя689423 30 Формула изобретения Од Составитель Т. Дозороведактор Е. Абрамова Техред М. Голинка Коррект Бут Заказ 5874 Тираж 732НИИПИ Государствпо делам изобре5, Москва, Ж,Подписноеного комитета СССРний и открытийаушская наб., д, 4/ илиал ППП Патент, г. Ужгород, У ектная, 4 емкость между электродом и образцомс помощью отдельной схемы. Черезсветовод 2 и электрод 1 образец освещается светом, испускаемым двумясветодиодами 4 и 5, питаемыми соответственно от генераторов с частотами Г и Г (например, Г = 200 кГц и й = 300 кГц). Сигналы фото-ЭДС сэлектрода 1 поступают на усилители.Сигнал частоты Й , пропорциональныйкоординате х, после усиления и детектирования поступает на х-вход регистра(осциллографа или самописца), сигнал частоты й +=500 кГц, пропор 1циональный обратной концентрации1/М(х), после усиления и детектирования поступает на у-вход регистратораЭлектрод 1 по низкой частоте заземлен через входные резисторы усилителей, а на образец относительно земли подается низкочастотное напряжение (10-100 Гц, амплитудой 50- 500 В) от генератора смещения, которое изменяет ширину области пространственного заряда х в допустимых пределах (последние зависят от величины И(х) и могут лежать в диапазоне О, 1-100 мкм) .Таким образом, на экране регистратора получается кривая профиля концентрации примесей в полупроводниковом образце 3.Результаты измерений могут быть переданы дальше на какое-либо исполнительное устройство, осуществляющее, например, разработку образцов.Использование способа позволит исключить нарушение и загрязнение образцов, увеличить точность измерений, упростить процесс измерений и распространить его на отдельные стадии технологического процесса производства полупроводниковых приборов и интегральных схем,Способ определения профиля концентрации примеси в полупроводниках,15 заключающийся в подаче на образецполупроводника напряжения смещения,освещении его модулированным световым потоком и регистрации переменного напряжения конденсаторной ЭДС,М о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности измерений,образец полупроводника одновременноосвещают двумя потоками с частотамии Й и регистрируют переменноенапряжение с комбинационными частотамиГГ+ ГиИсточники информации,принятые во внимание при экспертизеЗ 0 1, Патент США Р 3518545,кл, 324-158, 30.06.70,2. Авторское свидетельство СССР9442398, кл. 6 01 В 31/26, 05.09.74.