Спосіб визначення міри дефектності приповерхневих шарів монокристалів германію або кремнію

Реферат: Винахід належить до мікроелектроніки і може бути використаним для контролю міри дефектності приповерхневих шарів кристалів напівпровідників. Спосіб визначення міри дефектності приповерхневих шарів монокристалів германію або кремнію полягає у встановленні точкового контакту із зразком монокристалу, через який в пропускному напрямі подають два рознесені у часі прямокутні імпульси струму, інжектований і вимірювальний. Проводять часову затримку вимірювального імпульсу до 1, де  - час життя нерівноважних носіїв заряду, мкс. Спосіб дозволяє контролювати міру дефектності приповерхневої зони напівпровідникових матеріалів. UA 97999 C2 (12) UA 97999 C2 UA 97999 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до мікроелектроніки і може бути використаним для контролю міри дефектності приповерхневих шарів кристалів напівпровідників. Відомий спосіб оцінки міри дефектності напівпровідників шляхом селективного хімічного травлення поверхні [1]. При цьому способі візуально під мікроскопом визначається концентрація дефектів: дислокацій, скупчень точкових дефектів у вигляді кластерів, мікротріщин тощо. Недоліком цього способу є його руйнівний характер і використання агресивних речовин у складі селективного травника. Для прямого спостереження кристалографічних дефектів застосовуються рентгенівські методи. Найширше використовують при аналізі трансмісійну рентгенівську топографію по Лангу [2, стор. 78]. У цьому методі використовується дифракція рентгенівського пучка, що проходить крізь напівпровідникову пластину, з подальшою реєстрацією рентгенівського зображення на фотоплівці або фотопластині. Недоліками способу є низька роздільна здатність, висока вартість прецизійного рентгенівського обладнання і тривалість проведення контролю (від одного до декількох годин), що робить неприйнятним використання способу в масовому виробничому контролі. Достатньо поширеним способом контролю структурної досконалості кристалів є електронна просвічувальна мікроскопія. Її недоліком є трудоємність і великі витрати часу на підготовку об'єктів з вибраної ділянки кристала. Крім того, метод дає інформацію про міру дефектності лише в межах невеликої ділянки зразка [2, стор. 91]. Найближчим аналогом винаходу, що заявляється, є спосіб [3, 4] виміру часу життя нерівноважних носіїв заряду () у напівпровідниках. Ця важлива характеристика напівпровідника залежить в значній мірі від концентрації дефектів у кристалі, які створюють глибокі рівні в його забороненій зоні. Спільною ознакою у ньому із способом оцінки дефектності, що заявляється, є використання методу модуляції провідності в точковому контакті з напівпровідником за допомогою двох рознесених у часі імпульсів струму: першого (інжектованого) і другого (вимірювального), який слідує за першим з деякою затримкою t3 у часі. Виконані в [3, 4] теоретичні і експериментальні дослідження дали можливість авторам визначити необхідний інтервал часових затримок tз=(1-3), в межах яких одержані значення часу життя носіїв заряду, що добре узгоджуються з результатами вимірювань фотоелектричним методом. При великих часових затримках вимірювального імпульсу після інжектованого на величину (1-3) час життя нерівноважних носіїв заряду характеризує міру дефектності лише в об'ємі кристала і при цьому неможливо оцінити міру дефектності у його приповерхневих шарах, що є його недоліком. Технічною задачею нашого винаходу є пошук можливості визначення міри дефектності германію та кремнію у приповерхневих шарах. Запропонований метод, що має високий ступінь локальності вимірювань дефектності, дозволяє знаходити розподіл густини дефектів за знайденими значеннями  по всій поверхні зразка. Через нескладність і малі витрати часу на вимірювання він може бути використаний у плівкових напівпровідникових технологіях, при виробництві інтегральних схем, для вимірювань у низькорозмірних напівпровідникових структурах. Зондовий метод дозволяє провести швидку оцінку міри дефектності приповерхневого шару кристала. У запропонованому новому методі вимірювання проводяться при малих часових затримках tз=(0-1) вимірювального імпульсу і характеризують міру дефектності тонкого приповерхневого шару напівпровідника. Необхідність в таких вимірюваннях виникає після утворення дефектів обробки кристалів (різання, шліфування, механічного і хіміко-механічного полірування), після опромінення поверхні частками високих енергій, після легування домішками, деформації і інших дій. Для досягнення вказаного у способі практичного результату з монокристалічного зливка напівпровідника вирізають диском з внутрішньою діамантовою ріжучою кромкою зразок необхідних розмірів і форми. Далі кристал піддають зовнішній дії. Для проведення електричних вимірів на одній з поверхонь зразка створюють невипрямляючий омічний контакт. Матеріал зонда повинен забезпечувати інжекцію неосновних носіїв заряду в кристал і мати достатню твердість. Струм через зразок створюють генератором спарованих імпульсів. Запропоноване рішення пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 - графік імпульсів напруги, фіг. 2 - графік зміни амплітуди затриманого вимірювального імпульсу напруги, фіг. 3 - залежність різниці напруги U2()-U2(t) від tз у напівлогарифмічному масштабі. При проходженні імпульсів струму крізь зразок відбувається зменшення опору в приконтактній зоні під час інжекції носіїв, що призводить до зменшення падіння напруги на зразку, оскільки струм створюється постійним. Тому імпульс напруги U не повторює форму 1 UA 97999 C2 5 10 15 20 імпульсу струму, а має спад, обумовлений зростанням концентрації носіїв (фіг. 1), де 1 інжектований імпульс, 2 - затриманий на якийсь час tз вимірювальний імпульс. Після закінчення першого інжектованого імпульсу струму (1) процес інжекції носіїв в зразок припиняється, і концентрація нерівноважних носіїв заряду починає зменшуватися за рахунок процесу рекомбінації. Структурні дефекти в приповерхневій зоні напівпровідника є рекомбінаційними центрами і істотно впливають на час життя нерівноважних носіїв заряду. Зменшенню концентрації нерівноважних носіїв заряду відповідає збільшення опору зразка і відновлення його до початкової величини. Ступінь дефектності приповерхневого шару впливає на закон відновлення амплітуди вимірювального імпульсу напруги (фіг. 2), де 3 - зразок, оброблений шліфуванням порошком АСМ-7, 4 - зразок, оброблений шліфуванням порошком АСМ-1, 5 - зразок з видаленим дефектним шаром шляхом хімічного травлення. При малих значеннях tз, як видно, відновлення амплітуди вимірювального імпульсу до рівня U2 відбувається з найбільшою швидкістю за рахунок рекомбінації надлишкових носіїв заряду при більшій кількості дефектів, створених обробкою порошком АСМ-7. У запропонованому методі можна також орієнтовано визначити ефективне значення часу життя неосновних носіїв заряду у приповерхневому шарі і в об'ємі кристала. Для цього слід побудувати графіки різниці напруги U2() - U2(t) залежно від часу tз в напівлогарифмічному масштабі (фіг. 3), де 3 - зразок, оброблений шліфуванням порошком АСМ-7, 4 - зразок, оброблений шліфуванням порошком АСМ-1, 5 - зразок з видаленим дефектним шаром шляхом хімічного травлення. Ця різниця напруг залежить від часу життя дірок р в n -Ge як U2   U2 t   const  e 25 30 35 t p . Тому за нахилом графіків на фіг. 3 можна визначити час життя носіїв р у приповерхневому шарі при малих часах затримки вимірювального імпульсу (область А) і в об'ємі кристала при великих часах затримки (область В). Метод, що заявляється, був апробований на серії зразків германію і кремнію n- і р-типу провідності. Оброблені шліфуванням зразки перед вимірюванням були протравлені в Н2О2. Як зонди для зразків Ge і Si n-типу провідності використовували голки з вольфраму, а для р-типу кристалів - фосфористу бронзу. Заточування голок здійснювали електролітичним поліруванням у водному розчині NaOH, після якого можна було забезпечити радіус закруглення кінчика зонда близько (0,01-0,1) мікрометра. За цих умов вдавалося провести оцінку міри дефектності кристала у малій приконтактній області завтовшки близько 0,1 мкм. Джерела інформації: 1. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии. - М.: Мир, 1984. 2. Амелинкс С. Методы прямого наблюдения дислокаций. - М.: Мир, 1968. 3. Spitzrer W.G., Firle Т.Е., Cutler M., Schulman R.G., Becker M. Measurement of the lifetime on minority carriers in Germanium. - J. Appl. Phys., 1955, v.26, №4, p.414-427. 4. Иглицын М.И., Концевой Ю.А., Кудин В.Д. Измерение времени жизни в монокристаллическом кремнии. - ЖТФ, 1957, Т. 27, № 7. - С. 1425-1427. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 Спосіб визначення міри дефектності приповерхневих шарів монокристалів германію або кремнію полягає у встановленні точкового контакту із зразком монокристалу, через який в пропускному напрямі подають два рознесені у часі прямокутні імпульси струму, інжектований і вимірювальний, який відрізняється тим, що проводять часову затримку вимірювального імпульсу до 1, де  - час життя нерівноважних носіїв заряду, мкс. 2 UA 97999 C2 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3