199021. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és mérési elrendezés félvezető anyagok, különösen egykristály szeletek mély nívóinak nem destruktív úton történő kimutatására
11 HU 199021 B 12 el, az elvonandó hőmennyiséget az időegység alatt áramoltatott volumen szabályozásával a kívánt értékre állíthatjuk. Fűtéskor elegendő, ha a 16 tömb belsején keresztül szobahőmérsékletű nitrogént áramoltatunk. Higanyszonda magas hőmérséklettartományokban való alkalmazásának a higany nagy gőznyomása szab gátat (3,10"2 mbar 330 K-en), hiszen a higany mérgező. A nitrogén túlnyomásos atmoszféra biztosítása ezt a veszélyt a szükséges maximális működtetési hőmérsékletig, 330 K-ig elhanyagolhatóvá teszi. A vizsgálandó 12 szelet laterális mozgatásával a szennyezés hely szerinti eloszlása feltérképezhető. Az 1. ábrán vázolt szonda találmány szerinti felhasználásakor az adalék szennyezés méréséhez való felhasználástól eltérően nem szükséges a higanycsepp felületét nagy pontossággal ismerni, és nincs igény a felület jól repród ukálhatóan azonosra való tartására sem. Ennek oka, hogy jó közelítéssel aC Nt Co 2Nd ahol Nt a vizsgált mély nívó koncentrációja, No a félvezető egykristályban a szabad töltéshordozók koncentrációja, összefüggésből lehet a mély nívó koncentrációt meghatározni. Az összefüggésből következik, hogy a koncentráció meghatározása során a higanycsepp felülete kiesik. A találmány szerinti szonda felhasználható optikai gerjesztésű DLTS mérés végrehajtására is. Mint ismeretes, Schottky átmenet csak többségi töltéshordozók injekcióját teszi lehetővé. A tilos sáv teljes feltérképezéséhez kisebbségi töltéshordozók injekciója is szükséges. Kisebbségi tóltéshordozók a vizsgált félvezető egykristály tilos sávjánél nagyobb energiájú fénnyel való megvilágítással injektálhatok. A plexíüvegból készült 2 mintatartóba bevezetett fény (pl. üvegszálon keresztüli becsatolással) teljesen megvilágítja a vizsgált felületet, így a szonda optikai gerjesztéses DLTS mérés végrehajtására alkalmas. A találmány szerinti megoldás alapján a frekvencia scan DLTS mérés hűthető-fűthető minta befogóval szerelt higanyszonda segítségével alkalmas félvezető egykristályok minden gyakorlatilag fontos mély nívójának (szennyezésének) nem destruktiv meghatározására. Az idézett szabadalmak szerint megvalósított DLTS készülék határérzékenysége jellegzetesen Nt/Nd = 10"6, igy például 10 ohmcm-es szilícium esetén a kimutatható legkisebb mély nívó koncentráció 109 atom/ /cm3, azaz túlszárnyalja az egykristály gyártók által jelenleg megkövetelt kimutatási határt. Miután a mérés félvezető egykristály elkészítése után bármikor - előzetes minta előkészítési igény nélkül - elvégezhető, igy az egyetlen lehetőséget kínálja azonnali szennyezés kimutatására. A találmány szerinti mérési módszer nem destruktív, így alkalmas a félvezető szeletek továbbfelhasználás előtti rutin minősítésére és a felhasználási célnak megfelelő mély nívó tartalom szerinti osztályozására. A frekvencia scan mérés végrehajtásának ideje jellegzetesen 2-4 perc, a javasolt elrendezésben előre beállított hőmérséklet jellegzetes beállási ideje 5 perc, így egy mérés teljes időigénye 10 percnél rövidebb. Ez lényeges megtakarítást jelent az eddig ismert eljárásoknál szükséges - mintaelókészitést is figyelembe vevő - többnapos, hetes mérési időkhöz képest. J, példa 1015 atom/cm3 foszforral adalékolt n típusú szilícium szeletben (100 mm átmérőjű, 9,5 mm vastag, polírozott) vizsgáltuk az 1. ábrán vázolt higanyszonda segítségével az arany szennyezést. Először 262 K-ra hűtóttük le a mintát. A 15 Peltier elemet 6 A, 5 V-tal terheltük és cseppfolyós nitrogénen keresztüláramoltatott nitrogéngázzal hűtöttük a 15 Peltier elem hátsó oldalához szorított 16 tömböt. A DLTS mérés jellemző paraméterei: Záróirányú elöfeszítés = -5 V Gerjesztő impulzus amplitúdó = 5 V Gerjesztő impulzus tartama = 20 us Alacsony frekvenciás lock-in érzékenysége = 5 mV Integrálási időállandója = 1 sec A gerjesztő impulzusok és a lock-in erősítőt szinkronizáló négyszögjel ismétlési frekvenciája: 0,5 Hz-2500 Hz között féllogaritmikus skálán 1024 pontban automatikusan változtatva A mérés eredményét az 5. ábrán a 262 K-hoz tartozó és 9,47 Hz-en szélsóértékkel rendelkező görbe szemlélteti. A DLTS mérést változatlan paraméterek mellett 6 további egyre növekvő hőmérsékleten megismételve a következő eredményeket kaptuk: T[K] f*ax( Hz) 262 9.47 270 27.1 280 76.5 291 238 300 398 310 786 325 2230 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 8
