Способ определения локальных дефектов поверхности

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 118235 9) Я 5)4 С О 1 И 21/91 РЕТЕНИ СТВУ ИДЕТ ВТОРСК Е(ЗЦ е) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ путем нанесения на поверхность люминесцирующего вещества, облучения исследуемойповерхности светом и регистрации Фотолюминесценции локализованного вдефектах люминесцирующего вещества,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью определения распределения заряженных электронных ловушек в системе полупроводник - диэлектрик, люминесцирующее вещество наносят на поверхность структуры полупроводник -диэлектрик с концентрацией 0,5 - 08мономолекулярного слоя, регистрируют Фотолюминесценцию адсорбированныхмолекул люминесцирующего вещества,сканируя по поверхности излучением,имеющим энергию. квантов в полосе поглощения нанесенного вещества, до ипосле заряжения дефектов, и по разности интенсивности люминесценции,величина которой пропорциональна числу заряженных деФектов, судят о распределении заряженных электронных ловушек.Изобретение относится к технической физике и может быть использованопри определении распределения заряженных дефектов на поверхности в системах диэлектрик - полупроводник и 5при технологическом контроле лазерного или термического отжига дефектов в таких системах, являющихся основой большинства совеременных полупроводниковых приборов.Целью изобретения является определение распределения заряженных электронных ловушек в системе полупроводник - диэлектрик.На фиг. 1 и 2 схематично изображе ны зонные диаграммы структур Се -Се 02 - красителя (эритрозина) и ББх 02 - красителя (кумарина) соответственно (Е, Е, Е 0, Е - границызоны проводимости и валентной зоныдля полупроводника и окисла соответственно; Бо и Б - основной и возбужденный синглетные уровни адсорбированного красителя. Пунктиром обозначеныуровни, соответствующие заряженным . 25ловушкам диэлектрика, Е - глубинаэтих ловушек); на фиг. 3 изображенаграница заряженной и незаряженной областей в структуре Се - СеО - эритйрозин, определенная данным методом; 30на фиг. 4 - граница заряженной и незаряженной областей в структуре БхБО - кумарин; на фиг. 5 - двумерное распределение заряженных центров в системе Б 1 - Б 102, полученноепредлагаемым способом; на фиг. 6определение степени лазерного отжигадефектов в структуре Б - БО предлагаемым способом,Способ определения заряженных дефектов на поверхности структур диэлектрик - полупроводник заключаетсяв следующем.На поверхность структуры типа полупроводник - диэлектрик наносят молекулы органического красителя любымиз известных способов: напылением ввакууме, высаживанием из раствора идр. Оптимальная концентрация молекулкрасителя на поверхности составляет 500,5 - О,8 мономолекулярного покрытия.Фиксируют люминесценцию адсорбированных молекул красителя Л (х, у) присканировании по поверхности света,имеющего энергию квантов в полосе 55поглощения данного красителя. Затемпроводят зарядку поверхностных дефектов образца путем инжекции носителей либо из объема полупроводника, либо из валентной зоны диэлектрика под действием излучения или в результате приложения электрического поля. В дальнейшем опять фиксируют люминесценцню красителя на поверхности образца Э(х, у). В том случае, если энергия квантов люминесценции красителя превышает глубину залегания дефектов под. разрешенными зонами, становится возможным безызлучательный перенос энергии возбуждения адсорбированньи молекул красителя к электронам или дыркам, локализованным на дефектах поверхности. Появление такого дополнительного канала безызлучательной диссипации энергии приводит к тушению люминесценции возбужденных молекул на величину ЬЭ= - Э - Л, причем вероятность этого процесса в каждой точке образца пропорциональна числу заряженных центров - акцепторов энергии И(х, у). Поэтому, измеряя изменение интенсивности люминесценции молекул дЭ(х, у) после заряжения дефектов, непосредственно получают картину распределения этих дефектов на поверхности об" разца И(х, у).П р и м е р 1. Определение заряженных областей в структурах Се СеО - эритрозин и Б 1 - БО - кумарин.Структуры типа полупроводник - диэлектрик на основе кристаллов Се и Б используют при создании большинства современных полупроводниковых приборов, в частности при создинии эффективных элементов памяти. Информацию записывают путем инжекции электронов светом из валентной зоны полупроводника и их запоминанием на глубоких ловушках диэлектрического слоя (переход 1, фиг. 1) . При создании ячеек памяти такого типа необходимо знать границы заряженных областей на поверхности кристаллов. распределение заряженных центров.Использование изобретения позволяет быстро и сравнительно просто получить эту информацию. На поверхность кристаллов наносят из спиртовых растворов соответствующие красители, Для Се и Й ими могут быть эритрозин и кумарин соответственно. Фиксируют люминесценцию 3(х, у) адсорбированных молекул на поверхности незаряженных кристаллов. Энергия воз3 11823 буждающего люминесценцию света 2,3 эВ для эритрозина и 3,08 эВ для кума- рина соответственно. Затем производят засветку части поверхности кристаллов светом с энергией квантов, соответствующей переходу 1 на фиг. 1 (2,9 эВ для системы Се - СеО и 4,.1 эВ для системы 81 - ЯдО). Опять снимают люминесценцию красителя ,Т(х, у) на поверхности образца. Энергия 10 квантов света, возбуждающих люминесценцию, ниже пороговых значений, необходимых для зарядки дефектов поверхности (2,3 эВ для системы Се - СеО - эритрозин и 3,08 эВ и 4,1 эВ для системы Б - 802 - кумарин (фиг, 2), поэтому искажения картины распределения заряженных центров и из подзарядки в процессе снятия спект. ров люминесценции не происходит. Как 2 щ видно из фиг. 3 и 4, величина дЭ(х)3(х) - 3 (х) позволяет четко определить границы заряженных и незаряженных областей на поверхности кристаллов. Распределение зарядов внут ри областей заряжения в данном случае достаточно однородно. Фиксируя люминесценцию при сканировании по осям х и у, можно получить двумерную картину распределения заряжЕнных дефектов на поверхности, представленную на фиг. 5. П р и м е р 2, Использование предлагаемого способа при лазерном отжиге поверхностных дефектов.35Модификация поверхности путем лазерного отжига широко используется в современной полупроводниковой технологии, Облучение участков поверхности кристаллов мощным лазерным облуче- О нием приводит к ее структурной перестройке и к изменению числа поверхностных дефектов. Фиксируя люминесценцию адсорбированных молекул красителя на поверхности кристаллоВ до и после лазерного отжига, можно получить картину изменения системы поверх- ностныХ дефектов в результате отжига.Для того, чтобы предлагаемым способом оценить, какая часть дефектов отжигается в результате лазерной обработки, необходимо, зарядить поверхностные дефекты в подвергнутой отжи-: гу и в исходной области кристалла, снять распределение интенсивности люминесценции до и после заряжения и построить зависимость дЭ(х) . Как видно из фиг. 6, уменьшение интенсивности люминесценции после заряжения в области отжига ВЗ приблизительно вдвое меньше соответствующей величины 3 в контрольной области, Поскольку величина д 2 пропорциональна кон-.центрации заряженных дефектов, а их число в данном случае пропорционально полной концентрации дефектов Ир, можно заключить, что этот этап лазерного отжига, примерно, вдвое уменьшил число поверхностных дефектов.Точность предлагаемого люминесцентного метода при определении заряженных участков поверхности составляет,1 /Л, где 1 - длина волны люминесценции, Поэтому его применение в качестве метода контроля при лазерном отжиге, где поверхностное разреше ние также составляет величину не более М /2, где-. длина волны лазерного излучения, является целесообразным и эффективным.1182354 2 Ч б М,ме -Цотн.е Фиг.Ю Составитель А.Разяпоедактор А.лежнина , Техред С.Мигунова орректор,д. Г Подписное За итета СС судалам ткрытийая наб., д. ква илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 96/40ВНИИПИпо113035,бласть ЯЯа ряжения краж 896енного кретений