199021. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és mérési elrendezés félvezető anyagok, különösen egykristály szeletek mély nívóinak nem destruktív úton történő kimutatására
1 HU 199021 B 2 A találmány tárgya eljárás és mérési elrendezés félvezető anyagok, különösen egykristály szeletek mély nívóinak nem destruktív úton történő kimutatására. A mikroelektronikai félvezető eszközeinek előállításához felhasznált félvezető egykristályos anyagok tulajdonságait alapvető módon befolyásolják a szándékosan bevitt vagy az előállítási folyamat során belekerült szennyezések, amelyek két csoportba sorolhatók. Az első csoportot a félvezető kristály vezetőképességének típusát meghatározó ún. adalék szennyezések alkotják. Erre a célra olyan anyagokat használnak, amelyek atomjainak külső elektronhéja csak egy elektronnal különbözik a félvezető anyagot alkotó atomokétól, és ezért olyan kötött energiaállapotot hoznak létre, amely a félvezető tilos sávjának széleitől kis energiatávolságban van. Ezért az adalék szennyeződéseket a szakirodalom általában .sekély nívónak" nevezi. A második csoportba tartozik minden olyan szennyezés (amely lehet szándékosan bejuttatott vagy akaratlanul jelenlévő), melyek elektronszerkezete jelentősebb eltérést mutat a félvezető anyagot alkotó atomokétól. Az ilyen szennyezések által létrehozott tilos sávbeli kötött energiaállapotok a sávszélektöl az adalék szennyezések energiaállapotaihoz képest távolabb helyezkednek el, igy ezeket a szennyezéseket .mély nívónak" nevezzük. Mély nivókat nemcsak idegen atom szennyezések, hanem a félvezető kristályrács hibái, pl. vakanciék, intersticiálisok, stb. is létrehozhatnak. A továbbiakban szennyezés alatt az így értelmezett, és mély nivókat létrehozó szenynyezéseket értjük, és a sekély nívókat létrehozó szennyezésekre megkülönböztetés céljából adalék szennyezésként fogunk hivatkozni. A félvezető egykristályok gyártóinak és felhasználóinak alapvető igénye, hogy a félvezető kristályok szennyezéseit gyorsan és roncsolásmentesen kimutassák. Miután a szennyezések a félvezető kristály elektromos tulajdonságait igen kis koncentrációban is befolyásolhatják, a szennyezések kimutatására olyan módszert kell alkalmazni, amelynek érzékelési küszöbszintje 10w atom/cm3 vagy ennél alacsonyabb. Ilyen határérzékenységű módszer a neutronaktivációs analízis, amelyet a félvezető kristály gyártók általánosan használnak a szennyezések kimutatásái'a. A neutronaktivációs analízis azonban nagyon költséges módszer és csak az atomreaktorok gyors neutronforrásainak segítségével végezhető el. Ebből adódik, hogy a gyártás helyén történő rutin vizsgálatokra nem alkalmas, és a nemzetközileg is korlátozott mérési lehetőségek miatt a vizsgálandó minta elkészítése és az eredmény kézhezvétele között hosszú, átlagosan három hónapos idő telik el. Ilyen hosszú mérési idők a mérés alkalmazhatóságát jelentősen korlátozzák. félvezetők szennyezéseinek kimutatáséra a mély nívók tranziens spektroszkópiája hatékony ismert módszert biztosit. Ezt a módszert a szakirodalom DLTS módszerként (Deep Level Transient Spectroscopy) ismeri. A HU 181 136 lsz. (magyar) szabadalmi leírás DLTS eljárást és berendezést ismertet félvezető elemek tranziens kapacitésváltozásainak mérésére, amelynél ugyanazon mintán végzett különböző mérések összehasonlíthatósága céljából a mintát periodikusan gerjesztik és gondoskodnak arról, hogy a gerjesztő impulzus befejeződése után a mérés csak olyan hosszú holt idő betartásával kezdődjön, amelyen belül a villamos áramkörök kapcsolási tranziensei már biztonsággal lezajlottak és minden impulzusfrekvencia választásánál a mérési periódus a teljes periódusidő azonos fázisszögü tartományát foglalja el. A mérési periódusokban a tranziens kapacitásváltozást egy lock-in erősítő segítségével egy a mérési szakasz kezdetéhez szinkronizált és a periódusidővel azonos periódusidejű szimmetrikus négyszögimpulzussal súlyozzák és a gerjesztés ás az azt kővető holt idő alatt kikapuzott kapacitásjelet egy szimulált értékkel helyettesítik. A HU 182 777 lsz. (magyar) szabadalmi leírás a hivatkozott HU 181 136 lsz. magyar szabadalmi leírásban leirt módszert tökéletesíti: és többek között azáltal biztosit lényegesen nagyobb érzékenységet, hogy adott típusú gerjesztő impulzushoz képest a kapcsolási folyamatokat kétszeres gyakorisággal végzi el, amelyek a súlyozáskor ellenkező elő.ellel szerepelnek, igy hatásuk lényegesen kisebbé válik. Ez lehetővé teszi a holt idő lényeges csökkentését, ami adott minta vizsgálatkor mintegy másfél nagyságrenddel nagyobb frekvenciaváltoztatási tartomány (átfogás) használatát engedi meg. Mély nívók kimutatására a HU 18? 777 lsz. szabadalmi leírásban ismertetett megoldás már képes olyan érzékenységet biztosítani, mint amire félvezető kristályok szennyezettségének méréséhez szükség van. Az ismert DLTS módszernek félvezető egykristályok szennyezése mérésére való használhatóságát több körülmény nehezíti. Ezek közül említendő, hogy a DLTS mérés végrehajtásához a félvezető egykristályban kiürült tartományt kell létrehozni. A kiürült tarto^mány kialakításához diffúzióval vagy implantációval p-n átmenetet, magas hőmérsékletű oxidációval MOS kondenzátort vagy vákuumos fémgózöléssel Schottky átmenetet kell létrehozni. Mindhárom esetben a félvezető egykristály azon része, ahol a kiürült tartomány k alakítására alkalmas átmenetet készítették, tovább mér nem használható, azaz a módszer destruktív, másrészt az átmenet kialakítása hőkezeléssel jár. A hőkezelés a szennyezése5 10 15 20 25 30 35 •10 ‘15 50 55 60 65 3
