Способ определения электрофизических характеристик полупроводников

(5 Т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВНДЕТЕЛЬС(71) Всесоюзный научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума(56) Дюков В.Г. Растровая электронная микроскопия потенциального рельефа и ее применения. - Пов. физхим., мех., 1982, М 11, с. 1 - 15.Гостев А,В. и др. Тестирование полупроводниковых структур. - Изв. АН СССР, сер. физич., 1984, т. 48, М 12, с. 2397-2403, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРО- ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК .ПОЛУ- ПРОВОДНИКОВ Изобретение относится к неразрушающим методам контроля с помощью сфокусированных электронных потоков и может быть использовано для диагностики и отбраковки полупроводниковых структур,Цель изобретения - обеспечение возможности измерения наведенной фотоЭДС и относительного значения плотности обратного тока р - п-перехода.На фиг. 1 изображена блок-схема установки, реализующей данный способ; на фиг. 2 - зависимость поверхностной фото- ЭДС от интенсивности излучения; на фиг. 3 и 4 - кривые сигнала вентильной фотоЭДС, полученные при сканировании вдоль строУстановка содержит столик 1 с образ-(57) Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано для анализа полупроводниковых структур на ранних стадиях техпроцесса. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения наведенной фотоЭДС и относительного значения плотности обратного тока р-и-перехода. Подбирают мощность электронного зонда, обеспечивающую насыщение регистрируемого в режиме потенциального контраста вторично эмиссионного сигнала, при этом образец облучают импульсным потоком оптического излучения, Подбором частоты следования импульсов или их интенсивности осуществляют вывод измеряемой зависимости в рабочую область. Я После этого выполняют измерение, 2 з,п.флы, 4 ил. тока, коллектор 4 потенциального контраста, сетку 5 коллектора, усилитель 6, синхронный детектор 7, двухкоординатный самописец 8, видеоконтрольное устройство 9, На фиг. 2 приведены; зависимость поверхностной фотоЭДС, полученная на неимплантированной области кремния КДБпри токе электронного зонда 0,1 нА и энергии электронов 15 кэВ - кривая 10; зависимость поверхностной фотоЭДС, полученная на имплантированной фосфором области пластины кремния (доза имплантации ФР=16 мкКл/см ) при тех же параметрах электронного зонда - кривая 11; зависимость фотоЭДС на имплантированной области кремния КДБ,1 при токе сканирующего электронного зонда 50 пА и энергии электронов 2 кэВ - кривая 12; зависимость фотоЭДСот освещения, полученная на имплантированном фосфоре доэд имплантации Фр= =16 мкКл/см ) при тех же параметрах электронного зонда - кривая 13,П о и м е р . Образец, помещенный на столик 1 растрового электронного микроскопа, освещают светодиодом 2, который подключен к генератору 3, Сигнал с выхода коллектора 4 снимают в режиме потенциального контраста, т,е. подают на сетку 5 потенциал, отрицательный относительно образца, Сигнал усиливают с помощью усилителя 6, подают на сетку 5, обеспечивая режим линеаризации, и регистрируют синхронным детектором 7, выход которого подсоединен к самописцу 8 или ВКУ 9, Измерения проводились на микроскопе мини-СЕМ. Ток зонда достигал 0,2 нА, ускоряющее напряжение 2 и 15 кВ, Бьли использованы также светодиод АЛ 119, генератор ГЗ, усилитель У 5- 10, детектор 128 А.Измерения поверхностного потенциального барьера проводились на пластинах кремния КДБи КДБ 0,1, часть поверхности которых была имплантирована фосфором с энергией Е=- 50 кэВ и дозой Фр= =-16 мкКл/см . Поверхность освещалась светодиодом с интенсивностью 40 мВт/см,2 энергия квантов 1,3 эВ. Свет модулирован частотой 1 к Гц, Ге гистрируемое п ространственное разрешение сигнала 0,1 мкм, Коэффициент усиления выбирался равным 20, Далее понижали 1 ок зонда и его энергию до выхода регистрируемОго сигнала в насыщение, Для пластины КДБэто 0,1 нА и 15 кВ соотвутственно, Для пластины КДБ,1 насыщейие достигалось при токе 50 пАи энергии 2 кэВ., Далее изменяли частоту модуляции в диапазоне 0,1 - 10 Гц. Уменьшение сигнала фотоЭДС наблюдалось при частотах выше 5 кГц, При частоте 1 кГц в полосе 3 Гц снимали зависимость сигнала фотоЭДС от интенсивности освещения (кривая 11 на фиг, 2). По значению насыщения сигнала определяли поверхностные потенциальные барьеры участков поверхности, т,е. наведенной фотоЭДС. Измеренные величины составляли 117, 210, 57 и 128 мВ.Другой пример конкретного выполнения способа предусматривает анализ резисторной сборки, Кривые, представленные на фиг, 3 и 4, представляют собой осциллограммы вентильной фотоЭДС, полученные при сканировании сборки в течение 100 с зондом с током 10А и энергией 15 кэВ Интенсивность освещения при этом составляла 40 мВт/см, частота модуляции 5 кГц. Усилитель работал с коэффициентом 30. Режим работы (ток зонда и энергия электронов) выбирался аналогично примеру 1, Кривая на фиг, 4 получена при пересеченииграницы р-и-перехода и подтверждает возможность измерений с субмикронным раз 5 решением, Для оценки плотности обратноготока р - и-перехода интенсивность освещения снижали до выхода регистрируемогосигнала на линейный участок зависимостифотоЭДС (Оф) от интенсивности освещения(св), При этом регистрируемый сигнал равенОф = - п ( +-4.) =Яо 8 1 Огде 1 ф - плотность фототока и 1 ф=св,1 О - плотность обратного тока р-и-пере 15 хода;К - постоянная Больцмана;Т - температура;е заряд электронаВыход на линейный участок наступал при2 КТ л1 в5 мВт/см и Оф- , =25 мВ,еИзмеренные относительные значенияплотностей обратных токов трех р - и - переходов см. фиг, 3) соотносятся 1:25:18,25 Таким образом, данный метод позволяет получать информацию о величинах потенциальных барьеров на поверхностиполупроводниковых объектов, измерять абсолютные значения фотоЭДС с высокой ло 30 кальностью.Формула изобретения1. Способ определения электрофизиче ских характеристик полупроводников, за-,ключающийся в облучении участка объекта с эталонными параметрами электронным зондом, измерении вторично-эмиссионного сигнала в режиме потенциального кон траста с линеаризацией, присвоенииизмеренному сигналу реперного значения, облучении электронным зондом контролируемого участка полупроводникового обьекта, повторном измерении вторично 45 эмиссионного сигнала, его сравнении с реперным значением и определении искомого параметра по результатам сравнения, отличающийся тем,что,сцелью обеспечения возможности измерения на веденной фотоЭДС и относительного значения плотности обратного тока р - и-перехо. да, изменяя мощность зонда, определяют еемаксимальноезначение, при котором измеряемый сигнал не зависит от значения мощ ности, и устанавливают рабочую мощностьзонда, не превышающую найденного значения, объект дополнительно облучают равномерным по сечению импульсным потоком оптического излучения с энергией квантов,6 1578770 щит 200 1 гд,щЦ г Риг большей ширины запрещенной зоны материала обьекта, изменяют интенсивность и частоту следования импульсов оптического излучения до выхода зависимости измеряемого сигнала от перечисленных параметров 5 оптического излучения в рабочую область, осуществляют измерение опорного сигнала и определение искомой величины.2, Способ по и. 1. о т л и ц а .о щ и й с я тем, что при измерении наведенной фото ЭДС в качестве рабочей области зависимости измеряемого сигнала от интенсивностиизлучения используют участок насыщенияэтОЙ зависимости,3. Способ по и, 1, о тл ич а ю щи й с я тем, что при измерении относительного значения плотности обратного тока р-и-перехода в качестве рабочей Области зависимости измеряемого сигнала от интенсивности излучения используют линейный участок этой зависимости,йаЗ аказ 1920 Тираж 464 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Т СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Составитель В. Рыбалко Редактор А. Долинич Техред М. Моргентал Корректор М. Самборская