Карпович І А, Адакімчік А В, Козлова Є І, Оджа В Б, Янковський О Н Белгосуниверситет пр Незалежності, 4, м Мінськ, 220050, Білорусь e-mail: karpovich @ bsu by

Анотація – Розроблено методику безконтактного виміру часу життя нерівноважних носіїв заряду (ННЗ) в пластинах кремнію, що дозволяє створювати карти розподілу ефективного часу життя ННЗ по поверхні напівпровідникових пластин

I                                       Введення

Розвиток сучасної елементної бази мікроелектроніки передбачає вдосконалення методів контролю та діагностики якості напівпровідникових матеріалів Серед досліджуваних параметрів найбільш інформативним є час життя нерівноважних носіїв заряду, величина якого визначається ступенем досконалості кристалів, наявністю залишкових технологічних домішок, умовами термообробки

II                              Основна частина

Метою цієї роботи є розробка методики дослідження і подальшого компютерного аналізу розподілу ефективного часу життя нерівноважних носіїв заряду в напівпровідникових пластинах безконтактним методом, суть якого полягає в тому, що при фотовозбужденіі, вільні носії заряду викликають поглинання НВЧ поля Визначення часу життя засноване на вимірюванні спаду фотопровідності після фотозбудження імпульсом світла з використанням відображеної СВЧ хвилі як зонда [1] При цьому, дискретність вибірок зондування визначається діаметром сфокусованого оптичного променя і може досягати десятих часток міліметра Характерною особливістю даної роботи є можливість створення карти розподілу ефективного часу життя нерівноважних носіїв заряду по поверхні напівпровідникової пластини Як відомо, розподіл часу життя нерівноважних носіїв заряду в напівпровідникових пластинах, що використовуються при виготовленні різних приладів, зазвичай неоднорідне Ці неоднорідності різняться за розмірами, формою і причин їх утворення В обсязі вихідних пластин спостерігаються випадкові флуктуації часу життя, що мають як мікроскопічні, так і макроскопічні розміри Параметри цих флуктуацій істотно залежать як від умов вирощування вихідних кристалів, так і від виду та умов проведення технологічних операцій при виробництві напівпровідникових приладів Стає цілком очевидною актуальність вимірювання топологічних параметрів (карти) розподілу часу життя нерівноважних носіїв заряду по кремнієвій пластині, що особливо важливо для створення субмікронних мікросхем, фотоприймачів і сонячних елементів

Робота більшості напівпровідникових приладів заснована на нерівноважної провідності, тобто на інжекції, дифузії, дрейфі і рекомбінації нерівноважних носіїв струму Величина і характер розподілу нерівноважних носіїв заряду, а отже і їх часу життя, змінюються в широких межах залежно від умов їх генерації, типу домішкових центрів, їх концентрації в обємі і на поверхні пластини Дослідження цих неоднорідностей має важливе значення для вивчення різних фізичних процесів, а також для збільшення виходу придатних напівпровідникових приладів та зменшення розкиду їх параметрів

Сканування технологічних пластин по параметру розподілу часу життя ННЗ в площині побудови шаруватих структур дозволить мати наочну якісну картину виконання технологічних операцій (Рис 1)

Рис 1 Карта розподілу ННЗ по поверхні пластини кремнію

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

Методика призначена для безконтактного виміру ефективного часу життя ННЗ в кремнієвих пластинах і епітаксійних структурах на різних стадіях їх виготовлення, а також сонячних елементах Це дозволить створювати і контролювати технологічні операції для отримання матеріалів з високим ступенем структурної досконалості Методика забезпечує наступні параметри вимірюваних величин:

Вимірювання часу життя ННЗ – 10 ^ -10 ® с

Діапазон питомого опору вимірюваного матеріалу – 0,3 – 200 Ом / см

Роздільна здатність по площі -0,1 мм ^

III                                  Висновок

Методика може бути використана для вхідного і вихідного контролю кремнієвих злитків і пластин, налагодження та періодичного контролю якості технології виробництва дискретних напівпровідникових приладів і мікросхем

[1] Бураков А В, Якубеня С Н, Янченко А В Безконтактний вимірювач часу життя нерівноважних носіїв заряду в напівпровідниках Бюлетень БелНІІНТІ № 86-106, Мінськ-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@bsuby

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: 03^ 200 Ohm/cm

Area resolution: 01 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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р