Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы технологии электронной компонентной базы. Учебно-методическое пособие
.pdf
козонных полупроводников типа A
TTCTT
IIIBV
и AIIBVI прижимной контакт
металлического зонда с поверхностью полупроводника имеет такое
большое переходное сопротивление, что зондовые методы практически нереализуемы. В некоторых случаях эту трудность преодолевают
электрической формовкой контактов разрядом конденсатора. Чтобы
ограничить влияние переходных сопротивлений и выпрямляющего
действия контактов на погрешность измерений, зонды изготавливают
из металлов, твердость которых превышает твердость материала
образца. В месте контакта зонда с полупроводником создается локальное механическое нарушение поверхности, контактное сопротивление уменьшается, эффект выпрямления в значительной степени ослабевает. Рекомендуется зонды изготавливать из карбида вольфрама;
нагрузка, на каждый зонд должна составлять (1,75 ± 0,25) H –
(С2080) и (0,7
± 0,07) H – (С2171). Однако при измерении очень тон-
ких слоев возникает опасность прокалывания слоя металлическим
зондом и сильного шунтирующего действия подложки. В этом случае нагрузку на зонд выбирают достаточно малой – (0,3 ± 0,03)H.
Температура
Для исключения систематической погрешности, связанной с зависимостью удельного сопротивления полупроводников, необходимо
контролировать температуру в процессе измерения. На практике измеренное значение удельного сопротивления ρ(T) при температуре Т
в целях обеспечения единства измерений приводят к определенной,
условно выбранной температуре Т
. Расчет проводят по формуле
0
– температурный коэффициент сопротивления.
где С
Т
Для кремния зависимость температурного коэффициента сопротивления для температуры 21 ± 3 °С представлена в табл. 2.2.
Суммарная погрешность измерения удельного сопротивления четырехзондовым методом в предположении, что ее составляющие
распределены по нормальному закону, определяется как
– систематическая погрешность, связанная с нарушением то-
где δ
r
чечности зондов;
δ
– случайная погрешность отклонения межзондового расстоя-
s
ния;
() ()1 ( )
ρ=ρ⋅− − , (2.19)
00
22222
δ=δ+δ+δ+δ+δ , (2.20)
()
rsui d
()
T
1
2
21
δu – основная погрешность измерения напряжения;
– основная погрешность определения тока;
δ
i
– погрешность измерения толщины образца (при расчете по-
δ
d
верхностного сопротивления не используется).
В отечественной промышленности используется прибор ИУС-3
для измерения удельного сопротивления полупроводниковых пластин и эпитаксиальных слоев. Прибор обеспечивает возможность
измерения поверхностного сопротивления в диапазоне 0,1…10
5
Ом/
с погрешностью ± 4,5 %.
Компанией
F
PP-5000, который позволяет измерять поверхностное и объемное сопро-
Veeco (USA) выпускается полуавтоматический прибор
тивление эпитаксиальных, диффузионных, ионно-имплантированных и
металлических слоев. Вычисление сопротивления, толщины, определение типа проводимости производится автоматически, результат высвечивается на жидкокристаллическом табло. Диапазон поверхност-
–3
ных сопротивлений 10
…4,5 105 Ом/, интервал толщин по алюми-
нию 2…24 нм. Диаметр измеряемых пластин от 2 до 6 дюймов.
Электронная точность ± 0,5 % во всем диапазоне.
Той же фирмой выпускается автоматический прибор АР-150, который имеет такие же, как и F
PP-5000, метрологические характери-
стики, но дополнительно позволяет проводить измерения в запрограммированных точках пластин, вычислять среднее значение, среднее квадратическое отклонение, распечатывать результаты. Количество программируемых точек может достигать 150.
2.2. Порядок выполнения работы
Для измерения поверхностного сопротивления тонких пленок и
пластин используется лабораторный прибор с промышленной четырехзондовой головкой С2080. Упрощенная схема прибора приведена
на рис. 2.3. Пластина размещается на предметном столике манипулятора установки. Манипулятор позволяет плавно опускать головку на
образец. Нагрузка на зонды определяется конструкцией манипулятора. С помощью блока питания устанавливается ток
зонды так, чтобы его значение было кратным значению 4,53. Тем самым коэффициент
G*/I будет нормирован на 1; по вольтметру можно
будет произвести отсчет поверхностного сопротивления
ключатель позволяет пропускать ток через зонды в прямом и обратном направлениях.
22
через токовые
R
. Пере-
s
R
1 2 3
Рис. 2.3. Схема установки для измерения удельного сопротивления
четырехзондовым методом: 1 – блок питания; 2 – цифровой вольтметр;
3 – четырехзондовая головка С2171; ИП – источник питания;
R – сопротивление; А – миллиамперметр, П – переключатель
2.3. Порядок выполнения работы
Включить прибор, вольтметр и дать им прогреться 10–15 мин.
При необходимости провести калибровку вольтметра.
Проконтролировать температуру окружающего воздуха по тер-
мометру.
Установить измеряемую пластину на предметный столик манипу-
лятора.
Плавно опустить четырехзондовую головку с помощью манипу-
лятора в центр образца.
Установить с помощью переключателя диапазонов и корректи-
рующего резистора требуемое значение тока
Произвести отсчет значения поверхностного сопротивления по
вольтметру.
Изменить направление тока на противоположное и провести по-
вторное измерение.
Рассчитать среднее значение поверхностного сопротивления по
двум измерениям.
.
23
Произвести измерения поверхностного сопротивления еще в четырех точках пластины, расположенных по двум взаимно перпендикулярным диаметрам на расстоянии половины радиуса от центра.
Рассчитать среднее значение, отклонение и среднее квадратическое
отклонение поверхностного сопротивления по пяти результатам.
По известному значению толщины вычислить удельное сопротивление материала пленки.
2.4. Обработка результатов измерений
Результаты измерений поверхностного сопротивления пластины
занести в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Результаты измерений поверхностного сопротивления пластин
№ I U+ U– Uср Rs ∆ ∆2
1
2
3
4
5
Рассчитать среднее значение поверхностного сопротивления образца как среднее арифметическое, вычислить среднее квадратическое отклонение и доверительный интервал по правилу трех сигм, а
также удельное сопротивление материала образца.
Отчет должен содержать:
– схему измерительной установки;
– схему расположения точек измерение на образце;
– таблицу результатов измерений;
– обработку результатов измерений (как равноточных);
выводы.
–
Контрольные вопросы
1. Что такое удельное и поверхностное сопротивление?
2. Как измерить удельное сопротивление?
Какие систематические погрешности четырехзондового метода
3.
измерения удельного сопротивления Вы знаете?
4. Какие ограничения накладывает геометрия образца на точность
результатов измерений четырехзондовым методом?
24
5. Как измерить удельное сопротивление двухслойных структур
четырехзондовым методом?
Рекомендуемая литература
Батавин В.В., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В. Измерение пара-
метров полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и
связь, 2005. С. 66–81.
25
Глава 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ
р-n-перехода МЕТОДОМ СФЕРИЧЕСКОГО ШЛИФА
Цель работы: освоение методики установления глубины залега-
ния p-n-перехода в эпитаксиальных или диффузионных структурах.
3.1. Теоретическое введение
Одним из наиболее распространенных методов прямого определения глубины залегания р-n-перехода на кремниевой подложке является так называемый метод сферического шлифа. Метод применим
как к автоэпитаксиальным слоям, так и к слоям, полученным диффузией легирующей примеси в кремнии.
Суть метода состоит в преимущественном декорировании одного
из легированных материалов (легированный слой
зультате предпочтительного взаимодействия раствора сернокислой
меди с атомами легирующей примеси и выделения меди в виде тонкой пленки. Граница раздела р-n-перехода является в данном случае
геометрической границей, по обе стороны от которой располагается
поверхность на основе кремния с различным содержанием выделенной на ней меди.
граница p-n-перехода.
Для совместного вскрытия областей с различным типом проводимости и последующего декорирования их медью изготавливается
шлиф. В качестве шлифовальника используется закрепленный на
магнитном подвесе шар, смоченный абразивной эмульсией. Данная
форма шлифовальника позволяет определять глубину залегания р-n
перехода, не разрушая пластину целиком.
В начале определяется тип проводимости эпитаксиального слоя и
подложки. Подложка закрепляется в станок для шлифования. Как
правило, на одной подложке с р-n-переходом готовится три шлифа
для получения достоверного результата. Диаметр лунки (глубина
шлифования) выбирается в зависимости от толщины эпитаксиального слоя или глубины залегания диффузионного
На практике рекомендуется достигать диаметра лунки длиной
приблизительно 2 мм при толщине слоя 15 мкм, 1,5 мм – при толщине 10 мкм.
На практике наиболее четко проявляется именно
или основа) в ре-
слоя.
-
26
После приготовления сферического шлифа на лунку наносят тра-
витель на основе НNО
и в течение 2–3 мин проводят окисление. По-
3
сле промывки лунки деионизованной водой ее поверхность высушивается, например, спиртом.
Осаждение меди на шлиф осуществляется под микроскопом из
10 %-ного раствора медного купороса. Внутри сферического шлифа
должна появиться четкая граница раздела «эпитаксиальный (или
диффузионный) слой – подложка» в виде кольца характерного цвета.
Методика измерений
состоит в следующей последовательности опе-
раций:
– после выявления четкой границы из шлифа удаляются остатки
– раствора медного купороса с помощью фильтровальной бумаги;
– под микроскопом измеряется длина хорды согласно схеме, изо-
браженной на рис. 3.1, проводится три измерения хорд сферических
шлифов, расположенных под углом 120 град друг к другу;
– производится расчет толщины
=
где
H – длина хорды в делениях шкалы окуляра микроскопа;
d
810
RK
слоя d (мкм) по формуле
2
H
⋅
100
, (3.1)
32
R – радиус шарового шлифовальника;
K – кратность увеличения объектива.
Необходимо точно знать цену деления шкалы окуляра микрометра. Так, при цене деления окуляра 8 и объектива 7 отношение (100/К)
равно 100/7 (мкм).
Измерения толщины слоя производятся в трех точках, выбранных
следующим образом: 2-ая
точка выбирается в центре, а точки 1 и 3 –
на расстоянии примерно 4 мм от края пластины.
Разброс по толщине определяется по формуле
d
где Δ
d – максимальное отклонение от среднего арифметического
Δ
d
100%
ср
, (3.2)
значения толщины слоя;
d
– средняя арифметическая величина толщины (из трех изме-
ср
ренных значений).
27
1
2
3
Рис. 3.1 Схема измерения параметров сферического шлифа:
1–3 – место приготовления сферического шлифа; АВ – хорда
(шкала окуляра); I – внешний контур сферического шлифа;
I – контур границы «эпитаксиальный (диффузионный) слой – подложка»
3.2. Порядок выполнения работы
Получить опытные образцы.
Протравить поверхность шлифа, промыть водой и спиртом, вы-
сушить.
Высадить медь на шлиф, используя раствор медного купороса.
Измерить толщину слоя.
3.3. Обработка результатов
1. Результаты измерений занести в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Результаты измерений длины хорды АВ и расчетов
Характеристика
образцов
2. Рассчитать толщину слоя р-n-перехода и занести в таблицу.
3. Определить погрешность измерения толщины слоя.
28
Длина хорды в делениях шкалы
окуляра микроскопа
Толщина
слоя, мкм
Содержание отчета
Отчет должен содержать:
– краткое описание сути определения глубины залегания p-n- перехода методом сферического шлифа;
– результаты измерений;
– результаты оценки погрешности определяемой глубины залегания p-n-перехода;
– выводы.
Контрольные вопросы
1. В чем состоит преимущество метода сферического шлифа по
сравнению с другими методами?
2. Для чего используется медный купорос при определении глу-
бины залегания р-n-перехода?
3. Чем обеспечивается достоверность определения глубины зале-
гания р-n
-перехода?
4. Необходимо ли учитывать кратность увеличения окуляра мик-
роскопа?
5. Как определяется разброс по толщине эпитаксиального или
диффузионного слоев?
Рекомендуемая литература
Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем
и микропроцессоров. М.: Радио и связь, 2002.
29
Глава 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР МЕТОДАМИ
СПЕКТРОФОТОМЕТРИИ
Цель работы: исследовать зависимость коэффициентов пропус-
кания и отражения полупроводниковых и диэлектрических пленок от
длины волны падающего излучения.
Образцы – германий – полированные подложки, кремний – полированные неокисленные, и окисленные подложки, гранатовые эпитаксиальные структуры с редкоземельными катионами типа
d)
(YG
(FeGa)5O12 на подложкаx Ga3Gd5O15.
3
4.1. Теоретическое введение
4.1.1. Спектрофотометрия поглощения
Спектрофотометрия – метод исследования и анализа веществ, основанный на измерении спектров поглощения в оптической области
электромагнитного излучения. Иногда под спектрофотометрией понимают раздел физики, объединяющий спектроскопию (как науку о
спектрах электромагнитного излучения), фотометрию и спектрометрию (как теорию и практику измерения соответственно интенсивности и длины волны электромагнитного
отличий в технической реализации методов различают спектрофотометрию в инфракрасной (ИК), видимой и ультрафиолетовой (УФ)
областях спектра.
Применение спектрофотометрии в УФ и видимой областях спектра основано на поглощении веществом электромагнитного излучения, которое, в свою очередь, в этих областях связано с возбуждением электронов
s-, p- и n-орбиталей основного состояния и перехода-
ми молекул в возбужденные состояния:
(переходы перечислены в порядке уменьшения энергии, необходимой для их осуществления). Спектры полупроводников в диапазоне
видимого света (рис. 4.1) позволяют определить край собственного
поглощения и влияние условий наблюдения.
излучения). В силу некоторых
s : s*, n : s*, p : p* и n : p*
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]