Фототермоакустична та фотоелектрична мікроскопія напівпровідникових структур на основі кремнію

Проведені розрахунки концентрації нерівноважних носіїв на поверхні для різних значень глибини залягання дефектного шару d та швидкості рекомбінації на ньому sd. За умови, що   на амплітудно-частотній залежності спостерігається максимум. Положення максимуму залежить від глибини залягання дефектного шару та швидкості рекомбінації на ньому.

Співставлення модельних розрахунків з результатами експерименту свідчить, що наявність максимуму на амплітудно-частотній залежності ФЕ сигналу якісно можна поясніти досяганням хвилями нерівноважних носіїв заряду границі шар епітаксії підкладка. Оскільки характер зміни амплітуди ФЕ сигналу вздовж рядка майже однаковий для всіх частот модуляції, то це означає, що неоднорідності зосереджені біля поверхні, або на самій поверхні і не пов’язані з неоднорідностями на межі поділу епітаксійний шар – підкладка.

 

 

1. Створено комп’ютеризований сумісний фототермоакустичний (ФТА) та фотоелектричний (ФЕ) мікроскоп, принцип дії якого базується на використанні одночасно збуджених теплових хвиль та хвиль нерівноважних електронно-діркових пар, як носіїв інформації про властивості напівпровідників. Розроблено та впроваджено автоматизовану методику досліджень напівпровідників за допомогою цього мікроскопу, в якій інформативними параметрами використовуються амплітуда та фазовий зсув ФТА та ФЕ сигналів. Методика дозволяє відображати розподіл цих параметрів в залежності від координат у площині зразка у вигляді напівтонових топограм, псевдотривимірних зображень.

2. Методом сумісної ФТА та ФЕ мікроскопії досліджено напівпровідникові пластини кремнію, епітаксійні та іонно-імплантовані структури на його основі. Показано, що механічні неоднорідності (заполіровані подряпини, місця в околі вилущування поверхневого шару) краще візуалізуються тепловими хвилями, а електричні (типу p-n-, p-p+- переходів і т. п.) – хвилями нерівноважних електронно-діркових пар.

3. Методом сумісної ФТА та ФЕ мікроскопії досліджено властивості кремнію поблизу вершини технологічної тріщини. Виявлено що, пружно напружена область поблизу вершини тріщини візуалізуєтся обома типами хвиль. Вперше експериментально встановлено, що неоднорідності пружно напруженого стану в околі вершини технологічної тріщини в кремнії носять просторово періодичний характер з періодом  85мкм.

4. Методом сумісної ФТА та ФЕ мікроскопії і методом ФМТВ досліджено пластини кремнію імплантовані іонами бора та фосфору. Встановлено, що характер зміни параметрів ФТА сигналу в іонно-імплантованих областях пластин кремнію не залежить від типу введених іонів. З’ясовано, що візуалізація іонно-імплантованої області кремнію тепловими хвилями зумовлена пружними напругами яки виникають при введенні іонів. Встановлено закономірність, що залежність величини ФТА сигналу від логарифма концентрації іонів бору та фосфору, є лінійною при концентраціях введених іонів у межах 1, 81011  61013 іон/см2.

5. Методом сумісної ФТА та ФЕ мікроскопії досліджено пластину кремнію з областями епітаксійного нарощування. Встановлено, що візуалізація тепловими хвилями областей епітаксії у пластині кремнію обумовлена пружними наругами, що виникають в умовах технологічного циклу їх виготовлення. Цей висновок є основою запропонованого методу неруйнівного контролю якості проведення технологічної операції нарощування шару епітаксії.

6. Експериментально досліджено природу формування інформативного сигналу у методі ФТА мікроскопії з реєстрацією теплових хвиль п’єзоперетворювачем. Встановлено, що при п’єзоелектричній реєстрації теплових хвиль можуть візуалізуватися і механічні неоднорідності (дефекти) і за межами дії “теплового зонду”.

7. Теоретично та експериментально досліджено ФТА ефект у піроелектричних кераміках (ЦТС-19). Показано, що внесок піроелектричних властивостей у величину фототермоакустичного перетворення формально може бути пов’язаний зі зміною термопружного коефіцієнту.

8. Експериментально досліджено залежність амплітуди та фазового зсуву ФЕ сигналу в області епітаксії пластини кремнію при різних частотах модуляції інтенсивності лазерного випромінювання. Встановлено, що в деяких точках зразка на амплітудно-частотній залежності ФЕ сигналу спостерігається максимум. На основі співставлення модельних розрахунків з експериментальними результатами показано, що зменшення амплітуди ФЕ сигналу при низьких частотах модуляції світла, найбільш імовірно, зумовлено досягненням хвилями електронно-діркової плазми границі шар епітаксії – підкладка.

 

 

Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем. – М. : Мир-1989. – 630с.

Modeling of photoreflectance i layred media. /Liu M., Suddendorf M. B., Somekh M. G., Sheard S. J. //Smicond. Sci. Technol. – 1993. – № 8. – P. 1639 – 1647. Two-layer model for photomodulated thermoreflectance of semiconductor wafers. / Christofides C., Diakonos F., Seas A., Mandelis A. and ath. // J. Appl. Phys. – 1996. – V. 80. -№ 3. – P. 1713-1725.

Burbelo R. M., Zhabitenko M. K. Photoacoustic effect in elastic stress’ regions of solids. //Progress in Natural Science. – 1996. -V. 6. – P. 720-723.

Акустическая эмиссия на различных стадиях разрушения монокристаллических диэлектриков. /Калитенко В. А., Кучеров И. Я., Перга В. М., Тхорик В. А. //ФТТ. – 1989. – T. 30, № 12. – C. 3677-3679.

Матаре Г. Электроника дефектов в полупроводниках. – М. : Мир, 1974. – 463 с.

Сабликов В. А., Сандомирокий В. Б. Теория фотоакустического эффекта в полупроводниках //ФТП. – 1983. – T. 17, № 1. – C. 81-83.

 

 

Исследование кремниевых структур методом совмещенной фотоакустической и фотоэлектрической микроскопии /Бурбело Р. М., Гуляев А. Л., Кузьмич А. Г., Кучеров И. Я. //ЖТФ, 1996. Т. 66, в. 4. С. 121-127.

Burbelo R. M., Kucherov I. Ya., Kuzmich A.