Фототермоакустична та фотоелектрична мікроскопія напівпровідникових структур на основі кремнію

Отримані результати свідчать, що залежності зміни ФТА сигналу і сигналу ФМТВ схожі. Це дозволяє припустити, що зміна параметрів ФТА сигналу при п’єзоелектричній реєстрації в іонно-імплантованих областях кремнію не пов’язана з зміною теплових параметрів зразка.

Підрозділ четвертий присвячений експериментальним дослідженням епітаксійних структур кремнію методом ФТА та ФЕ мікроскопії, з метою з’ясувати природу візуалізації областей епітаксії.

Для з'ясування впливу типу провідності напівпровідника на параметри ФТА сигналу, були проведені експериментальні дослідження структури кремнію з областю епітаксії n- типу на p- підкладці методом суміщеної ФТА – ФЕ мікроскопії. Отримані ФТА (PA) та ФЕ (PE) амплітудні (ampl.) і фазові (phase) топограми зразка p-Si з шаром епітаксійного нарощування n-Si (рис. 1, схема структури на вставці). На топограмах світліше поле відповідає більшій величині відповідного параметра сигналу.

З наведеного на рис. 1 видно, що ФТА і ФЕ топограми по різному, але досить чітко передають наявні неоднорідності дослідженої структури. Електричні неоднорідності (межу між областю з епітаксією n- типу провідності та підкладкою p- типу провідності) ФЕ топограми передають більш контрастно, ніж ФТА. Неоднорідності у вигляді плям та ліній краще передаються ФТА топограмами. Лінійні неоднорідності можливо є зображенням заполірованих дефектів (подряпин, мікротріщин), що виникли на стадії кінцевої хіміко-механічній обробки кремнієвої структури. При дослідженнях оптичним мікроскопом (збільшення 300, режим “темного поля”) спостерігається лише зображення поверхневої подряпини (П) та дефекту типу “вилущення” поверхневого шару (В). Розміри “вилущення” (В) на ФТА та ФЕ зображеннях приблизно в 4 рази більші за такі, що спостерігаються у оптичний мікроскоп. Плями на ФТА зображеннях в області епітаксійного нарощування відповідають місцям знаходження поверхневих дефектів – «мікровилущувань», які при оптичному спостереженні мають розмір приблизно 1010 мкм2. Розмір цих дефектів на ФТА зображеннях значно більший, приблизно 4070 мкм2. Це може бути пов'язане з візуалізацією полів внутрішніх напруг біля мікровилущувань. Розмір полів внутрішніх напруг зазвичай значно перевищує розмір мікровилущувань при оптичному спостереженні.

За зміною амплітуди та фазового зсуву ФЕ сигналу вздовж одного рядка (рис. 1. LS-LS') чітко виявляється межа між n- епітаксійною областю та р- підкладкою завдяки різному типу провідності. За зміною амплітуди та фази ФТА перетворення вздовж одного рядка межу однозначно з'ясувати неможливо. В області епітаксії спостерігається деяке підвищення амплітуди та зменшення фази ФТА сигналу. Відносна зміна параметрів ФТА сигналу від різного роду інших порушень кристалічної структури досить значна. Межу області епітаксії за зміною параметрів ФТА перетворення можна визначити тільки аналізуючи ФТА топограму в цілому. Параметри ФТА сигналу менш чутливі до зміни провідності напівпровідникового матеріалу.

В цілому: неоднорідності різної природи в кремнії ФТА і ФЕ топограми передають по-різному; межу між областю з епітаксією n- типу провідності та підкладкою p- типу провідності ФЕ топограми передають більш чітко, ніж ФТА; подряпини, “вилущення” і порушення механічних властивостей поблизу тріщин, навпаки, більш повно передають ФТА зображення.

ФТА сигнал визначається термопружними параметрами матеріалу (коефіцієнтом теплового розширення, пружними сталими), які мало змінюються при зміні електричних параметрів напівпровідника. Отже, варіації амплітуди і зсуву фази ФТА сигналу, в основному, визначаються зміною термопружних властивостей у зразку.

Зміни амплітуди і зсуву фази ФЕ сигналу переважно визначаються варіаціями параметрів електронного переносу напівпровідників (концентрацією, рухливістю та часом життя нерівноважних носіїв, поверхневим вигином зон та ін.). Ці параметри зазнають помітного впливу при порушеннях суцільності та зміни пружних властивостей матеріалу. Саме це створює умови для візуалізації також механічних та пружних не однорідностей хвилями нерівноважних носіїв заряду.

Підрозділ п’ятий присвячений експериментальним дослідженням іонно-імплантовних структур кремнію методом ФТА та ФЕ мікроскопії.

Досліджено пластини p-Si імплантовані іонами P+ – КДБ-20 та B+ – КДБ-40. На отриманих ФТА зображеннях для обох зразків амплітуда ФТА сигналу більша, а фаза – менша в областях імплантованих іонами, ніж в неімплантованних. На отриманих ФЕ зображеннях зразка КДБ-40 спостерігається топологічний контраст областей, в які були введені іони домішки. Амплітуда ФЕ сигналу в неімплантованій області зразка більша, ніж в імплантованій, фаза ФЕ сигналу в неімплантованій області зразка менша, ніж в імплантованій. Амплітуда та фазовий зсув ФЕ сигналу на межі поділу мають мінімум.

Амплітуда і зсув фази ФЕ сигналу для зразка КДБ-40 при переході з p- області (нелегованої) до p+- області (легованої) змінюються якісно подібно, що до змін амплітуди і зсуву фази ФЕ сигналу у зразку з епітаксійним шаром при переході з області n-типу до області p- типу провідності. Характер змін амплітуди і фази ФТА сигналу при переході з області p- типу до області p+- типу у зразку КДБ-40 якісно подібний, що до змін амплітуди і зсуву фази ФТА сигналу у зразку з епітаксійним