Способ контроля полупроводниковых материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЬСТВУ рения бнар ткло Васильев а териалролирпарам зики полупровод(088.8)видетельство ССС01 Р 31/00, 1976Материалы для пиборов и интегралшая школа, 1975,мер пе о изме КОНТРОЛЯ ПОЛУПРОВОДОВ, включающий измеводят измер ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Институт фиков СО АН СССР)4 Н 01 1 21/66 Н 01 1. 21 основных параметров, о т л ищ и й с я тем, что, с цельюжения дефектов, обусловленныхением от равновесных усповийвания полупроводниковых маов и упрощения способа, контемый материал после измерениятров облучают легкимч частицанергией 0,5-5 МэВ до измененияемых параметров, затем проводяв в течение 10-60 мин при темре полного отжига контролируматериала, после чего снова ют основные параметры и произ- сравнение с первоначальными киями,1 671605Изобретение относится к способам контроля полупроводниковых материа- н лов и может быть использовано в тех- с нологии изготовления. дИзвестен способ контроля матерна с ла с целью отбора для использования и при создании диодов Ганна, заключаю- и щейся в измерении средней концентра- д ции и подвижности носителей тока, У а также измерении амплитуды низко н частотных токовых флуктуаций приг сильном электрическом поле. лУказанный способ распространяет- Н ся прежде всего для полупроводнико- п вых материалов с ярко выраженными 15 х эффектом Ганна (например СеАз), в то у время, как для Б 1 и Се он не при- о меним. С другой стороны, позволяяв оценить мощность диода Ганна, который в будет изготовлен из данного матерна и ла, он не в коей мере не дает возмож- в иост прогнозировать устойчивость э его работы во времени и срок исправ- п ной работы. Таким образом необходи- л мы длительные сроки хранения в активн ном и пассивном состояниях с перио- н дическим измерением параметров, что т увеличивает стоимость прибора и не т всегда возможно.Контроль качества полупроводнико- З 0 о вых материалов имеет большое значе" т ние в производстве полупроводниковых д приборов, так как от совершенстваисходного материала зависит в дальнейшем эффективная работа полупроводниковых приборов.Э 5 Известен способ контроля полупроводниковых материалов, включающийизмерения основных параметров, таких ка." удельное сопротивление (ф),времени жизни неравновесных носителей зарядаплотности дислокаций,наличия внутренних напряжений. Этотспособ позволяет выявить существующие дефекты в полупроводниковыхматериалах и производить их отбраковку,Этот способ не лишен недостатков, так как не определяет стабильности 50 во времени этих характеристик при воздействии различных факторов при хранении и использовании полупроводниковых приборов. Этим способом нельзя выявить дефекты, обусловлен ные отклонением от равновесных условий выращивания полупроводниковых материалов. Кристаллы, выращенные в условияхедостаточно медленного охлаждения,охраняют определенное количествоефектов (примесей), комплексовобственных дефектов с примесямидругих несовершенств структуры)их состояние в кристаллах (видыефектных ассоциаций, положение взлах или междоузлиях и др.) отличое от равновесного, соответствующео температурам изготовления и эксп-.уатации полупроводниковых приборов,еравновесность материала можетроявиться в условиях длительногоранения материалов и приборов, всловиях некоторых технологическихпераций производства полупроводникоых приборов (нагревы при пайке выодов, герметизация и пр.), а такжери эксплуатации приборов, например,полях ионизующих излучений или вкстремальных режимах, Характернымроявлением неравновесности кристалов после выращивания будет постояное изменение параметров полупроводиковых приборов, изготовленных изакого материала, в процессе эксплуаации и хранения.Трудность обнаружения дефектов,бусловленных неравновесностью крисалла, состоит в необходимости периоических измерений параметров матеиала и приборов (параметры прибороволжны измеряться как в пассивном,ак и в активном состоянии) в течение длительного времени.Цель изобретения - обнаружение дефектов, обусловленных отклонением от равновесных условий выращивания полупроводниковых материалов и упрощение способа.Цель достигается тем, что контролируемый материал после .измерения параметров облучают легкими частицами с энергией 0,5-5 МэВ до изменения измеряемых параметров, затем проводят прогрер в течение 10-60 мин при температуре полного отжига контролируемого материала, после чего снова из-. меряют основные параметры и производят сравнение с первоначальными измерениями. Суть способа заключается в том, что облучение полупроводников, выращенных в условиях достаточно медленного охлаждения, создает комплексы дефектов, изменяющих характеристики кристаллов. Последующий нагрев6716 10 Для контроля качества слитков полупроводниковых материалов проводятся следующие операции. Изготавливаются образцы из каждого слитка партии. После обработки поверхности (шлифовки, полировки, травления) на образцах измеряется какая-либо характеристика (время жизни неравновесных носителей зарядаконцент" рация основных. носителей заряда, и при температуре полного отжига разрушает дефектные ассоциации и кристалл восстанавливает свои свойства полностью, В этом случае величина измеряемой характеристики до облучения будет совпадать с ее величиной после облучения и отжига, Если дефектный состав (концетрации разного рода примесей в узлах и междоузельных положениях, соотношения между концентрациями дефектов и примесей в разных состояниях и дефектных ассоциациях) кристалла после выращивания отличается от равновесного для температур изготовления и 15 работы полупроводниковых приборов, то под действием облучения легкими частицами (электронами, квантами и др.) с энергией 0,5-5 МэВ, кроме процессов дефектообразования 1 ти па, указанных выше (идущих в равновесных после выращивания кристаллов), имеют место процессы 11 типа: радиационно-стимулированные изменения концентраций и видов состояний при месей и дефектов (например, распады пересещенных растворов, изменение характера примесных атмосфер на дислокациях и др,), приближающие кристалл к равновесию. В этом случае прогрев в течение 10-60 мин при температура полного отжига возвращает к исходной величине изменения измеряемой характеристики, вызванные процессами 1 типа, в то время как35 необратимые изменения измеряемой характеристики, обусловленные процессами 11 типа (приближением кристалла к равновесию), сохраняются, В результате будут наблюдаться остаточные явления, невозвращение после прогрева измеряемой характерис- тики к исходной (до облучения) величине, Величина этого остаточного эффекта характеризует степень нерав новесности (дефектности) кристалла: чем она меньше, чем более пригоден . кристалл для изготовления приборов.е 05 4др.), Затем проводится облучение легкими частицами (электронами, г-квантами и др.) с. энергией 0,5 5 МэВ, и снова измеряется характеристика. Доза облучения выбирается таким образом, чтобы произошло значительное изменений измеряемой характеристики, Далее проводится прогрев в течение 10-60 мин при температуре полного отжига радиационных дефектов, характерной для данного материала (например, 300-350 С для Се и 650 С+ + 700 С для Яд), и вновь измеряетсярхарактеристика. Если измеренное после отжига значение характеристики близко к ее значению в исходном материале, то делается вывод о высоком совершенстве кристалла, Например, при измерениях ь получим по предлагаемому способу три величины:- время жизни в исходном материале, после облучения и после прогрева соответственно, из которых можно рассчитать параметр качества,( -1 -1 )/( -1;-1 )2 3 1 Если А ) 0,3-0,4, то делается вывод о низком качестве материала и о его непригодности для изготовления полупроводниковых приборов, Материал с А ( 0,3 можно использовать для изго. товления приборов.юП р и м е р 1. Из слитков германия и -типа, легированного сурьмой,Я 7 10 Ом см (ГЭСи ГЭС)вырезают образцы.После шлифовки, полировки и химического травления в травителе Н О2 гс добавлением щелочи, на образцахизмеряют величину 7 (метод стационарной фотопроводимости и фотомагнитного эффекта). Затем образцы облуают при Т рь =20 С, дозой электроновс энергией 3,5 МэВ, Ф = 2 101 см 2 ивновь измеряют величину Т . Следующая операция - отжиг при температуре ЗООРС в течение 60 мин, вслед за которым следовало измерение величины Г , Все измерения времени жиз 5ни неравновесных носителей заряда Г проводят при комнатной температуре, По формуле (1) рассчитывают величину А. Из табл. 1 видно,что в бесдислокационном материале (ГЭС) восстановление р практически отсутствует,что свидетельствует о сильной неравновесности материала,671605 Таблица 1 лотностьислокацийматериал 14 4,0 ЭС0 1010" 0 ГЭСТаблица 5 Материал ПлотностьШдислокаций, см ь ю МКС мк ГЭС103 6 32 6,4 3 3 ГЭСРедактор Л.Пись Заказ 596 Тираж 678 Поственного комитета СССР .бретений и открытий, Ж"35, Раушская наб., 4/ писно НИИПИ Госуда по делам иэ 13035, Москв филиал ППП "П нт", г.ужгород, ул.Проектная, 4 П р и м е р 2. Германий л -типа легированный сурьмой, р 1- 3 Ом смИз табл. 2 видно, что материал ГЭСявляется менее качественным, чем ГЭС-З,Применение предлагаемого изобретения в производстве полупроводниковых приборов позволит резко 5 уменьшить брак, исключить потеривремени на длительные испытания изготовленных приборов, а также улуч- .шить значения основных параметров полупроводниковых приборов.Все это мо жет привестик снижениюсебестоимостипродукции полупроводниковыхзаводов. оставитель А.Тарасоваехред М.Надь Корректор Л,Пилипенко