СВЧ-МЕТОДИКА БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НЕРАВНОВЕСНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПЛАСТИНАХ КРЕМНИЯ

March 1, 2013 by admin Комментировать »

Карпович И. А., Адакимчик А. В., Козлова Е. И., Оджаев В. Б., Янковский О. Н. Белгосуниверситет пр. Независимости, 4, г. Минск, 220050, Беларусь e-mail: karpovich@bsu.by

Аннотация – Разработана методика бесконтактного измерения времени жизни неравновесных носителей заряда (ННЗ) в пластинах кремния, позволяющая создавать карты распределения эффективного времени жизни ННЗ по поверхности полупроводниковых пластин.

I.                                       Введение

Развитие современной элементной базы микроэлектроники предполагает совершенствование методов контроля и диагностики качества полупроводниковых материалов. Среди исследуемых параметров наиболее информативным является время жизни неравновесных носителей заряда, величина которого определяется степенью совершенства кристаллов, наличием остаточных технологических примесей, условиями термообработки.

II.                              Основная часть

Целью настоящей работы является разработка методики исследования и последующего компьютерного анализа распределения эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниковых пластинах бесконтактным методом, суть которого заключается в том, что при фотовозбуждении, свободные носители заряда вызывают поглощение СВЧ поля. Определение времени жизни основано на измерении спада фотопроводимости после фотовозбуждения импульсом света с использованием отраженной СВЧ волны в качестве зонда [1]. При этом, дискретность выборок зондирования определяется диаметром сфокусированного оптического луча и может достигать десятых долей миллиметра. Характерной особенностью данной работы является возможность создания карты распределения эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда по поверхности полупроводниковой пластины. Как известно, распределение времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниковых пластинах, используемых при изготовлении различных приборов, обычно неоднородно. Эти неоднородности различаются по размерам, форме и причинам их образования. В объеме исходных пластин наблюдаются случайные флуктуации времени жизни, имеющие как микроскопические, так и макроскопические размеры. Параметры этих флуктуаций существенным образом зависят как от условий выращивания исходных кристаллов, так и от вида и условий проведения технологических операций при производстве полупроводниковых приборов. Становится вполне очевидной актуальность измерения топологических параметров (карты) распределения времени жизни неравновесных носителей заряда по кремниевой пластине, что особенно важно для создания субмикронных микросхем, фотоприемников и солнечных элементов.

Работа большинства полупроводниковых приборов основана на неравновесной проводимости, т. е. на инжекции, диффузии, дрейфе и рекомбинации неравновесных носителей тока. Величина и характер распределения неравновесных носителей заряда, а следовательно и их времени жизни, меняются в широких пределах в зависимости от условий их генерации, типа примесных центров, их концентрации в объеме и на поверхности пластины. Исследование этих неоднородностей имеет важное значение для изучения различных физических процессов, а также для увеличения выхода годных полупроводниковых приборов и уменьшения разброса их параметров.

Сканирование технологических пластин по параметру распределения времени жизни ННЗ в плоскости построения слоистых структур позволит иметь наглядную качественную картину выполнения технологических операций (Рис 1.).

Рис. 1. Карта распределения ННЗ по поверхности пластины кремния.

Fig. 1. А тар of nonequilibrium carriers’ distribution over the surface of a silicon wafer

Методика предназначена для бесконтактного измерения эффективного времени жизни ННЗ в кремниевых пластинах и эпитаксиальных структурах на различных стадиях их изготовления, а также солнечных элементах. Это позволит создавать и контролировать технологические операции для получения материалов с высокой степенью структурного совершенства. Методика обеспечивает следующие параметры измеряемых величин:

Измерение времени жизни ННЗ – 10’^ -10’® с;

Диапазон удельного сопротивления измеряемого материала – 0,3- 200 Ом/см;

Разрешающая способность по площади -0,1мм^;

III.                                  Заключение

Методика может быть использована для входного и выходного контроля кремниевых слитков и пластин, отладки и периодического контроля качества технологии производства дискретных полупроводниковых приборов и микросхем.

[1] Бураков А. В., Якубеня С. Н., Янченко А. В. Бесконтактный измеритель времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках. Бюллетень БелНИИНТИ № 86-106, Минск- 1986.

MICROWAVE CONTACTLESS METHOD ТО MEASURE THE NONEQUILIBRIUM CARRIERS’ EFFECTIVE LIFETIME IN Si WAFERS

I.           A. Karpovich, A. V. Adakimchik, E. I. Kozlova,

V. B. Odzhaev, O. N. Yankovsky Belorussian State University 4, Nezavisimosti Ave., Minsii, 220050, Beiarus e-maii: i<arpovich@bsu.by

Abstract – A method of contactless measurement of nonequilibrium carriers’ (NEC) effective lifetime in Si wafers has been developed, it allows forming a map of NEC effective lifetime surface distribution.

I.                                         Introduction

The needs of modern microelectronics demand certain perfecting of the control and diagnostics of semiconductive materials quality. The nonequilibrium carriers’ (NEC) effective lifetime is known to be one of the most informative parameters among the considered ones. It is determined by the degree ofthe crystals’ perfection, presence of residual impurities, thermal treatment conditions.

II.                                        Main Part

In the present research a new contactless method of studies and further computer analysis ofthe effective lifetime values’ distribution of NEC in the semiconductive wafers has been developed. The main idea was to use the property of photoexcited carriers to absorb the microwave irradiation. Thus the photoconductivity drop might be measured after the photoexcitation by the pulsed light beam using the reflected microwave as a probe. At that the discontinuity ofthe sampling should be determined by the diameter ofthe focused optical beam and might run up to submicrons. The character of the present work is a possibility to build up a map of effective lifetime values’ distribution of NEC along the surface of the semiconductive wafers. The distribution of the effective lifetime values’ of nonequilibrium carriers along the surface of a semiconductor is known to be heterogeneous. These heterogeneities differ in sizes, shapes and the reasons of their formation. In the bulk ofthe original wafers there are some random fluctuations of the lifetime values of NEC of different sizes observed. The parameters of these fluctuations depend essentially on the crystals’ growth conditions, as well as on the types and conditions of the technological operations while the semiconductor devices fabrication. So, control ofthe topological parameters ofthe NEC lifetime distribution over the surface of Si wafer is a very important issue for the process of submicron microchips, photoreceiver solar cells’ fabrication.

The operation of the majority of semiconductor devices is based on the principals of nonequilibrium conductivity, meaning injection, diffusion, drift and recombination ofthe nonequilibrium charge carriers. The values and character ofthe latter and consequently their lifetime vary in wide range depending on the generation conditions, type ofthe impurity centers and their bulk and surface concentration in the material [1]. The research of these processes is of a great importance as for the understanding ofthe physical processes ofthe microelectronic devices and also for an increase of the outcome of known-good semiconductive device and control of their parameters.

The technological wafers surface scanning of lifetime values distribution in the layer-like structure construction plane allows one to obtain a pictorial rendition of the technological operations (Figure 1).

The method is meant for contactless measuring of nonequilibrium carriers’ effective lifetime in Si wafers and epitaxial structures at different fabrication stages, as well as for solar cells fabrication control. It allows controlling the technological stages for production of materials having high extension of structural perfection. The method allows using the following values ofthe measured parameters:

NEC lifetime-10’^^ 10·®s;

Resistivity of a material: 0.3^ 200 Ohm/cm;

Area resolution: 0.1 mm^

III.                                        Conclusion

The method may be applied to the test and outgoing inspection ofthe Si wafers and/or ingots, adjustments and periodic control ofthe technological process quality in discrete semiconductor device and microchips fabrication and production.

IV.                                        Literature

[1]  Bural<ovA. V., Yakubenya S. N., Yanchenko A. M. Contactless gauge of lifetime values of nonequilibrium charge carriers in semiconductors. Bulletin of BelNIINTI № 86-106, Minsk- 1986.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты