Способ определения качества полупроводникового кристалла

(19 51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ вакансий. Кристалл нагревают с постоянной скоростью при одновременном облучении ультрафиолетовым светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электрона бездефектного кристалла, и измеряют интегральный ток экзоэлектронной эмиссии. Нагрев кристалла ведут до достижения температуры, соответствующей температуре второй точки перегиба кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от температуры. Затем поддерживают достигнутую температуру постоянной, а последующее облучение ведут светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электронов с вакансионных уровней. Регистрируют зависимость тока экзоэлектронной эмиссии от времени, по которой определяют концентрацию вакансий, 2 ил 1 табл. ескии инст Сигалович ные дефекты в по 1985, с. 96-97,ство СССР(54) СПОСОБ ОПРЕД ПОЛУПРОВОДНИКОВ (57) Изобретение отн производства полупр ров и.может быть испо ля концентрации деф вакансий. Цель изобре возможности определ ЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ОГО КРИСТАЛЛА сится к технологии. водниковых прибоьзовано для контроектов, в частности тения - обеспечение ения концентрации водникового кристалла путем его нагрева с постоянной скоростью при одновременном облучении ультрафиолетовым светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электрода. бездефектного кристалла, измерения интегрального тока экзоэлектронной эмиссии и определения количества дефектов,Данный метод позволяет дифференцированно определять концентрацию точечных дефектов и дислокаций. Концентрацик вакансий можно оценить только приблизительно.Цел тения - обеспечение воконцентрации ь изобреи оп е можност р делениякансий.Поставленная цельсогласно способу опредлупроводникового крис остигается тем, чтоеления качества по- алла путем его наГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Бургуэн, Ж. Точелупроводниках,М.;МирАвторское свидетелМ 1256613, кл. Н 01 . 21 Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов и может быть использовано для контроля концентрации дефектов, в частности вакансий.Известен способ определения концентрации вакансий с использованием электронного парамагнитного резонанса. При этом к образцу прикладывают одноосное упругое напряжение в направлении 100. Данный способ требует очень сложного оборудования. Кроме того, данный метод практически не применим для многих материалов: для германия, арсенида галлия и других. Линии ЭПР в этих материалах являются очень широкими и их трудно обнаружить,Наиболее близким к изобретению являтся способ определения качества полупро 1728901 А1 1 21/665 10 15 20 грева с постоянной скоростью при одновременном облучении ультрафиолетовым светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электрона бездефектного кристалла, измеряют ток экзоэлектронной эмиссии для определения количества дефектов, а нагрев кристалла ведут до температуры, соответствующей температуре второй точки перегиба кривой зависимости тока экзоэлектрон ной эмиссии от температуры, затем поддерживают достигнутую температуру постоянной, а последующее облучение ведут светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электронов с вакансионных уровней, при этом о концентрации вакансий судят по площади под кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии при достигнутой температуре от времени, ограниченной осями координат и ординатой, соответствующей значению времени, при котором значение тока экзоэлектронной эмиссии становится постоянным. Экзоэлектронная эмиссия полупроводников происходит в две стадии: диссоциация комплексов, содержащих вакансии, и диффузия вакансий к поверхности. Ток фототермостимулированной эмиссиипрямо пропорционален концентрации образовавшихся вакансий в поверхностном слое, При температуре Ть соответствующей второй точке перегиба кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от температуры Т,2вторая производная 2 меняет знак,бТЕще не оттоженные вакансии диффундируют к поверхности полупроводника и их вклад в ток экзоэлектрон ной эмиссии становится преимущественным. Вакансии захватывают за счет тепла электроны из валентной зоны, которые под действием квантов света с вакансионных уровней воз-, буждаются и эмиттируют в вакуум. При превышении температуры Тк электроны из валентной зоны переходят в зону проводимости, их становится больше, чем на уровнях вакансий, расположенных в запрещенной зоне, В этом случае ток из зоны проводимости, а не с уровней вакансий. В силу этого после достижения температуры Т ее поддерживают постоянной, и при этой температуре измеряют зависимость тока экзоэлектрон ной эмиссии от времени до тех пор, пока значение тока становится постоянным. Для того, чтобы отфильтровать вклад эмиссии электронов с глубоких локальных уровней разных дефектов (кроме вакансий), облучение ведут све 25 30 35 40 45 50 55 том с энергией фотона, необходимой для эмиссии электронов с вакансионных уровней.О концентрации вакансий судят по площади под кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от времени, ограниченной осями координат и ординатой, при которой значение тока становится постоянным.На фиг, 1 представлена зависимость токаэкзоэлектронной эмиссии от температуры Т; на фиг, 2 - зависимость токаэкзоэлектронной эмиссии при Т, от времени т,.Способ осуществляется следующим образом,Образцы полупроводниковых кристаллов линейно нагревают при одновременном облучении ультрафиолетовым светом с энергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электрона бездефектного кристалла. Измеряют интегральный ток экзоэктронной эмиссии, Регистрируют ток экзоэлектронной эмиссии при максимальной температуре отжига точечных дефектов, по которому определяют плотность дислокаций, а концентрацию точечных дефектов определяют по отношению интегрального тока к току при минимальной температуре отжига точечных дефектов, После достижения температуры Ть при которой на кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от температуры имеется второйсперегиб, 2 изменяет знак.с ТЗатем облучение осуществляют светом с энергией фотона, равной энергии, необходимой для эмиссии электронов с вакансионных уровней, и измеряют зависимость тока экзоэлектронной эмиссии от времени до достижения постоянного значения тока (фиг. 2).Концентрация вакансий определяется площадью под кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии при постоянной температуре Т, ограниченной осями координат и ординатой, при которой значение тока становится постоянным.П р и м е р. Образец монокристаллического кремния в виде пластины толщиной 0,5 мм с вакансионными комплексами нагревают со скоростью 2,5 К в секунду, одновременно облучая его ультрафиолетовым светом с энергией фотона 4,5 эВ и регистрируя ток экзоэлектронной эмиссии. Нагрев ведут до достижения температуры точки перегиба кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от температуры (т. А, фиг.1), Эта температура в этом случае составля,Йа, концентрация,вакан-сионных комплексовз Опыт Ток экзоэлектроннойЭМИССИИ бездефектного криСтдллд О, электрон/с Отношение интегрального тока экзоэлектронной ЭМИССИИ К 0, в элект- онКс Плотность дислокаций см Доза облучения О, см Мч, концентрация вакансий, см а электрон,площадь под кривой(т)10 1 5 10 1017 2 10 З 10 5,5 10 1017 б, 104 1 10 10 1,.0161015 101 б 10 5 10107105 104 1 О 5 3105 5 10 10г 1 О" 1014 35 ет 500 К. Затем нагрев образца прекращаюти поддерживают температуру постоянной,регистрируют изменение тока экзоэлектронной эмиссии во времени (т), В моментбвремени т 1, когда достигается условие= О, регистрацию экзоэлектронной эмиссиипрекращают и определяют величину площади а под кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от времениГ 1а=(т)бт0По величине а оценивают концентрацию И вакансий, используют при этом градуировочную кривую, построенную поэталонным образцам.Концентрацию А-центров (плотность точечных дефектов) оценивают с помощью величины- Г (Т)с ,где 0 - величина тока экзоэлектроннойэмиссии бездефектного кристалла при Т ==293 К.Результаты экспериментов приведеныв таблице. Таким образом, предлагаемый способпозволяет комплексно определить качествополупроводникового кристалла,5 За один цикл измеряют дифференцированно как плотность точечных дефектов идислокаций, так и концентрацию вакансий,Формула изобретенияСпособ определения. качества полуп ро 10 водникового кристалла путем его нагрева спостоянной скоростью при одновременномоблучении ультрафиолетовым светом сэнергией фотона, равной фотоэлектрической работе выхода электрона бездефектно 15 го кристалла, и измерении токаэкзоэлектронной эмиссии, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью обеспечения возможности определения концентрации вакансий, нагрев кристалла ведут до достижения20 температуры, соответствующей второй точке перегиба кривой зависимости тока экзоэлектронной эмиссии от температуры,затем при достигнутой температуре последующее облучение проводят светом с энер 25 гией фотона, равной фотоэлектрическойработе выхода электронов с вакансионныхуровней, регистрируют зависимость тока экзоэлектронной эмиссии от времени, по которой определяют концентрацию вакансий,301728901 Фиа 1 Составитель О. ШведоваРедактор С. Патрушева Техред М.Моргентал Корректор Л. Патай Заказ 1411 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 атент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 оизводственно-издательский комбин