199021. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és mérési elrendezés félvezető anyagok, különösen egykristály szeletek mély nívóinak nem destruktív úton történő kimutatására
3 HU 199021 B 4 két átrendezheti és/vagy az átmenet kialakítása során új szennyezések is bekerülhetnek a vizsgált mintába. Tehát a DLTS méréshez szükséges kiürült tartomány elkészítése megváltoztathatja a félvezető kristály szennyezés tartalmát. A permanens átmenet létrehozása a hagyományos DLTS mérés végrehajtásához azért szükséges, mert a kimutatandó mély nívók aktivációs energiája jellegzetesen a 0,1 eV-0,8 eV tartományba esik. A mérést a hőmérséklet függvényében hajtják végre; a megkövetelt energia intervallum átfogásához jellegzetesen 80 K-400 K hőmérséklettartományban végzendő mérés szükséges. A megkívánt széles hőmérséklettartomány étfogása csak permanens átmenet kialakításával lehetséges. A DLTS módszer használható úgy is, hogy a gerjesztő impulzusok ismétlődési frekvenciáját változtatják és ezzel az ún. frekvencia scan analízissel a vizsgált átmenetre vonatkozó értékes információk nyerhetők. Ilyen kiértékelést találhatunk például a Budapesten 1985. április 16-19. között tartott .Symposium on Electronics Technology' kiadványa 1. kötetének 97. oldalán. A neutronaktivációs analízis és a DLTS módszer hátrányos tulajdonságai nemcsak nehézkessé és költségessé teszik a mély nívók kimutatását, hanem bizonyos esetekben elvileg helytelen eredményt is szolgáltatnak. Erre példa a Si:Fe rendszer. A szilícium egykristályos növesztésekor a vas ionok jellegzetesen intersticiális pozíciót foglalnak el a kristályrácsban. A vas ionok azonban szobahőmérsékleten diffundálnak a szilíciumrácsba és az adalékszennyezéssel és további más ionokkal 48-100 óra alatt komplexeket képeznek. A komplexekben jelenlévő összes vas ion mennyiségének utólagos kimutatása igen nehéz és pontatlan. A szilícium egykristályban félvezető eszköz készítése során azonban ezek a komplexek felbomlanak, így a félvezető eszköz gyártásához a teljes vas ion koncentráció előzetes ismerete szükséges. Ezt nagy pontossággal csak a növesztés utáni azonnali vizsgálatokkal lehetne meghatározni. A találmány feladata olyan eljárás és mérési elrendezés létrehozása, amely a megkívánt pontossággal képes félvezető anyagok, különösen félvezető egykristály szeletek szennyezéseinek kimutatására, mégpedig nem destruktiv úton és olyan gyorsasággal, amely a gyártásközbeni rutin vizsgálatok elvégzését lehetővé teszi. A kitűzött feladat megoldásához célul tűztük ki a megfelelő érzékenységet biztositó DLTS módszer alkalmazását gátló körülmények kiküszöbölését és ezáltal a módszer alkalmassá tételét. A DLTS módszer használatához, mint említettük, kiürült tartományt kell létrehozni és ez többek között Schottky átmenet kialakításával is megoldható. Ilyen átmenetet azonban a hivatkozott és permanens átmenetet képező fémgőzölésen kívül a félvezetővel érintkező bármilyen fém is létrehozhat, amelynek elektrokémiai potenciálja nagyobb a félvezető potenciáljánál. Felismertük, hogy folyékony fém, például higany vágy gallium használata révén a félvezető felületén könnyen bontható Schottky átmenet képezhető ki, amelyet kiürült tartomány létesítésére felhasználhatunk. A higany elektrokémiai potenciálja (u = = 4,53 eV) ugyanis az említett feltételt a legtöbb félvezető, például germánium, szilícium, gallium-arzenid, gallium-foszfid és indium-foszfid esetében kielégíti. Bár folyékony és bontható kontaktus használatát sekély adalék szennyezések kimutatására már használták és ilyen higanyos szonda ismert (P.J. Severin és G.J. Poodt: J. Electrochem, Soc. Vol 119, p 1384, 1972), ennek használata DLTS méréshez alkalmatlannak tűnt. Az ilyen szondák esetében ugyanis a hőmérsékletnek a szokásos DLTS eljárásnál megkövetelt hőmérséklettartományban való változtatása nem megoldható. A folyadékszondák használata az elmúlt néhány év során háttérbe szorult, mert a sekély adalék méréséhez az érintkező felület nagyságának nagyon pontos ismerete és tartása volt szükséges, és sorozatmérések esetében ez a feltétel nem volt biztosítható. ' Felismertük azt is, hogy ha a DLTS módszer alkalmazásakor kihasználjuk a hivatkozott HU 182 777 Isz. szabadalmi leírás által biztosított széles frekvenciaátfogást, akkor adott hőmérsékleten, a frekvencia változtatásával a félvezető mély nívói emissziós időállandójára jellemző értékes információ származtatható, és ennek birtokában a 0,1 eV-0,8 eV tartományba eső keresett aktivációs energiák meghatározásához a hőmérsékletet elegendő lényegesen szőkébb olyan hőmérséklettartományban változtatni, amelyen belül oldható kontaktussal rendelkező szonda segítségével a kiürült tartomány létesítése megoldható. A találmány tárgya eljárás félvezető anyagok, különösen egykristály szeletek mély nívóinak nem destruktiv úton történő kimutatására differenciális mélynívó tranziens spektroszkópiával, amelynél Schottky átmenetet alakítunk ki és záróirányú elöfeszítéssel kiürült tartományt hozunk létre. A mintát periodikus impulzusokkal gerjesztjük, majd a gerjesztés megszűnése után a termodinamikai egyensúlyba visszatérő minta tranziens válaszjelét detektáljuk. A találmány lényege abban van, hogy a Schottky-átmenet létrehozásához a vizsgálanfélvezetó szelet egyik oldalához folyékony fémet érintkeztetünk, és a félvezető szelet hőmérsékletét 240 K° és 330 K° hőmérséklettartományon belül egymás után több diszkrét definiált értékre állítjuk be és a félvezető szelet vizsgálandó részén az ismert módon záró irányú elöfeszítéssel létrehozott kiürült tartományon, a mély nívók tranziens spektroszkópiája módszernek megfelelően periodi-5 10 15 20 25 30 35 4 ) 45 50 55 0,0 05 4
