Илья Новожилов, руководитель проектов направления «Микроэлектроника»
nia@dipaul.ru
Электрофизические свойства электронных изделий во многом зависят от свойств материла (Si, GaAs, GaN, SiC и т. д.) который используется для их создания, и определяют область применения — будь то бытовая электроника или изделия специального назначения. Кремний, как наиболее распространенный материал в микроэлектронике, характеризуется кристаллической структурой, кристаллографической ориентацией, удельным сопротивлением и типом проводимости. Также, в зависимости от проектных норм могут предъявляться разные требования к количеству объемных микродефектов (например, для технологии 0,35 мкм не более 5000 дефектов/см2, а для технологии 0,13 мкм не более 100 дефектов/см2) и содержанию кислорода (измеряется в ppm). В статье рассмотрены способы контроля типа проводимости кремниевых слитков и пластин.
При производстве интегральных схем, солнечных панелей или в лабораторной практике необходимо средство для быстрого определения типа проводимости моно- (mono-Si) или поликристаллического (poly-Si) слитка кремния или пластины. Контроль проводимости необходим для четкого понимания свойств материала, который станет основой будущих электронных изделий, а также для качественного контроля технологической операции выращивания слитка кремния с нужной электронной или дырочной проводимостью. Сегодня самым распространенным для выполнения данной задачи является метод термозонда (горячего зонда), основанный на измерении милливольтметром полярности термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС) на нагретом участке полупроводника. При измерениях для полупроводника р-типа стрелка милливольтметра отклоняется в сторону положительных значений, а для полупроводника n-типа — в сторону отрицательных значений. Наряду с простотой измерений метод горячего зонда обладает рядом существенных недостатков: механический контакт металлического зонда с рабочей поверхностью слитка/пластины, необходимость нагрева исследуемого образца, ложность измерений при температуре нагрева, близкой к собственной проводимости (концентрация электронов равна концентрации дырок) полупроводника.
Рис. 1. Пример прибора с горячим зондом для определения типа проводимости
Преимущественно для бесконтактного определения типа проводимости кремниевых mono/poly-слитков и пластин, а также пластин с тонкой оксидной пленкой был разработан метод поверхностного фотонапряжения (SPV — Surface Photovoltage). Физические основы метода схожи с термозондом, так как и здесь определяется полярность, но уже SPV-сигнала. Поверхностное фотонапряжение возникает в приповерхностной области полупроводника (на глубине ~3 мкм) за счет светового излучения, которое в большой концентрации генерирует в материале электронно-дырочные пары.
Рис. 2. Прибор PN-100 для бесконтактного определения типа проводимости кремниевых слитков и пластин
На практике для определения типа проводимости кремния метод SPV реализован в приборе PN-100, внешне напоминающем лазерную указку, на конце которой имеется высокочувствительный зонд. При нажатии на кнопку on/off на корпусе прибора PN-100 зонд анализирует поверхностный потенциальный барьер, периодически изменяющийся под воздействием света (используется светодиод с длиной волны 625 нм). Под воздействием светового излучения образец находится вблизи потенциала плоских энергетических зон. При отсутствии светового излучения образец имеет поверхностный потенциальный барьер больше, чем под воздействием светового излучения. Сигнал определяет разницу между значениями поверхностного потенциала, измеренными во время светового воздействия, и значениями поверхностного потенциала без воздействия света. Положительный сигнал соответствует p-типу (загорается индикатор красного цвета); отрицательный — n-типу проводимости (загорается индикатор зеленого цвета). Для работы прибора PN-100 требуется обычная батарейка AAA. Контроль типа проводимости пластин может осуществляться даже через прозрачный транспортный бокс.
Первые поставки в Россию этого современного прибора, разработанного компанией Semilab (Венгрия), уже осуществляет компания «Диполь», и PN-100 находит активное применение на кристальном производстве отечественных компаний. Первым обладателем этого прибора в нашей стране в 2018 году стало предприятие АО «Протон» (г. Орел). Специалисты АО «Протон» по достоинству оценили возможности, простоту и удобство применения PN-100 для участка входного контроля пластин. Хочется отметить, что прибор не требует поверки и метрологической аттестации, и его можно отнести к классу индикаторов.
Большинство российских предприятий приобретает кремниевые пластины у отечественных или зарубежных компаний, полагаясь на 100%-ное соответствие параметров пластин требуемой спецификации, влияющей на дальнейшее создание функциональной части. Но бывают случаи, когда поставщик пластин по производственной ошибке или ввиду отсутствия надлежащего контроля качества путает тип проводимости конечной продукции. В итоге у конечного пользователя могут возникнуть дополнительные финансовые и временные затраты из-за той самой, несоответствующей спецификации партии пластин, вызвавшей создание заведомо непригодной схемы (например, когда n-канальный транзистор, который должен быть сформирован на подложке p-типа, выполняется на n-типе). Наличие прибора PN-100 на предприятии, выпускающем интегральные схемы (ИС) на кремнии, позволяет выявить данную ошибку на ранней стадии и избежать многомилионных потерь.
Хотите купить прибор PN-100 для определения проводимости?
Компания «Диполь» уже осуществляет поставки современного прибора PN-100 для определения проводимости в Россию. Наши специалисты ответят на все интересующие Вас вопросы, а также проведут бесплатную презентацию прибора и покажут его в работе. Свяжитесь с нашими менеджерами для оформления заказа.
