pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2023-14-3-161-172pimi-828Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsУниверсальный цифровой зондовый электрометр для контроля полупроводниковых пластинUniversal Digital Probe Electrometer for Testing Semiconductor WafersЖаринА. Л.ZharinA. L.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus

anatoly.zharin@gmail.comМикитевичВ. А.MikitsevichU. A.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus

СвистунА. И.SvistunA. I.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus

ПантелеевК. В.PantsialeyeuK. U.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus202305102023143161172Copyright © Жарин А.Л., Микитевич В.А., Свистун А.И., Пантелеев К.В., 20232023Жарин А.Л., Микитевич В.А., Свистун А.И., Пантелеев К.В.Zharin A.L., Mikitsevich U.A., Svistun A.I., Pantsialeyeu K.U.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/828

Для исследования и контроля полупроводниковых пластин широко используются бесконтактные электрические методы, основанные на измерении потенциала поверхности (CPD) в сочетании с освещением и/или осаждением зарядов на образец с помощью коронного разряда, а также на измерении поверхностной фото-ЭДС (SPV). По фото-ЭДС возможно определение времени жизни неосновных носителей заряда, их диффузионную длину и обнаружение следов тяжелых металлов на поверхности. Кроме того, с использованием фото-ЭДС возможно определение поверхностного сопротивления полупроводниковой пластины, некоторые параметры слоя диэлектрика на поверхности и барьерную фото-ЭДС (JPV). Результаты измерения электрических параметров отражают влияние приповерхностных характеристик на конечные характеристики устройств. Целью работы являлась разработка универсального цифрового зондового электрометра, реализующего различные бесконтактные электрические методы анализа полупроводниковых пластин, в котором передача полученных данных, изменение конфигурации, удалённое тестирование и калибровка осуществляются по цифровым каналам локального управления. В работе описан разработанный авторами универсальный цифровой зондовый электрометр, реализующий описанные выше бесконтактные электрические методы анализа полупроводниковых пластин (CPD, SPV и JPV). Управление электрометром, включающее передачу полученных данных, изменение конфигурации, удалённое тестирование и калибровка, осуществляется по цифровым каналам локального управления. Благодаря высокому быстродействию методы определения электрических характеристик подходят для контроля полупроводниковых пластин в процессе производства. Приведены результаты тестирования разработанного зондового электрометра в режимах CPD, SPV и JPV, отражающие эффективность предложенных подходов.

Non-contact electrical methods are widely used for research and control of semiconductor wafers. The methods are usually based on surface potential measurement (CPD) in combination with illumination and/or deposition of charges on the sample using a corona discharge, and are also based on the measurement of surface photo-emf. By photo-EMF (SPV) it is possible to determine the lifetime of minor charge carriers, their diffusion length and detect traces of heavy metals on the surface. In addition, using photo-EMF it is possible to determine the surface resistance of the plate, some parameters of the dielectric layer on the surface and barrier photo-EMF (JPV). Electrical performance results reflect the influence of near-surface characteristics on the final performance of devices. The aim of the work was to develop a universal digital probe electrometer that implements various non-contact electrical methods for analyzing semiconductor wafers, in which the change in operating modes and configuration, transmission of the received data, remote testing and calibration are carried out via digital local control channels. This paper describes a universal digital probe electrometer developed by the authors, which implements the above-described non-contact electrical methods for analyzing semiconductor wafers (CPD, SPV and JPV), in which the change in operating modes and configuration, transmission of the received data, remote testing and calibration are carried out via digital local control channels. Due to their high speed, electrical characterization methods are suitable for inspecting semiconductor wafers during production. The results of testing the developed probe electrometer in CPD, SPV and JPV modes are presented, which reflect the effectiveness of the proposed approaches.

цифровой зондовый электрометрконтактная разность потенциаловполупроводниковая пластиназонд Кельвинафото ЭДСCPDSPVJPVdigital probe electrometercontact potential differencesemiconductor waferKelvin probephoto EMFCPDSPVJPVReferencesKomin V.V. [et al.]. Status of Non‐contact Electrical Measurements. AIP Conference Proceedings, 2003, 683, 782. DOI: 10.1063/1.1622559Komin VV, Bello AF, Brundle CR, Uritsky YS. Status of Non‐contact Electrical Measurements. AIP Conference Proceedings. 2003;683(782). DOI: 10.1063/1.1622559Shroeder D.K. Contactless surface charge semiconductor characterization. Materials Science and Engineering. – 2002. – № 91–92. – Pр. 196–210.Shroeder DK. Contactless surface charge semiconductor characterization. Materials Science and Engineering. 2002;(91-92):196-210.Kronik L., Shapira Y. Surface photovoltage phenomena: theory, experiment, and applications. Surface Science Reports. – 1999. – Vol. 37. – Pp. 1–206.Kronik L, Shapira Y. Surface photovoltage phenomena: theory, experiment, and applications. Surface Science Reports. 1999;37:1-206.Воробей Р.И. Контроль дефектов структуры кремний-диэлектрик на основе анализа пространственного распределения потенциала по поверхности полупроводниковых пластин / Р.И. Воробей [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2013. – № 2. – C. 67–72.Vorobey RI, Gusev OK, Zharin AL, et al. Study of silicon-insulator structure defects based on analysis of a spatial distribution of a semiconductor wafers’ surface potential. Devices and Methods of Measurements. 2013;(2):67-72. (In Russ.).Пилипенко В.А. Характеризация электрофизических свойств границы раздела кремний-двуокись кремния с использованием методов зондовой электрометрии / В.А. Пилипенко [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2017. – Т. 8, № 4. – С. 344–356. DOI: 10.21122/2220-9506-2017-8-4-24-31Pilipenko VA, Saladukha VA, Filipenya VA, Vorobey RI, Gusev OK, Zharin AL. Characterization of the electrophysical properties of silicon-silicon dioxide interface using probe electrometry. Devices and Methods of Measurements. 2017;8(4):344-356. (In Russ.) DOI: 10.21122/2220-9506-2017-8-4-24-31Zharin A., Pantsialeyeu K., Svistun A., Tyavlovsky K. Determination the lifetime of minority charge carriers and iron impurity concentration in semiconductor structures with submicron layers. Euroasian Journal of Semiconductors Science and Engineering. – 2020. – Vol. 2. – No. 4. – Pp. 17–21.A. Zharin, K. Pantsialeyeu, A. Svistun, K. Tyavlovsky. Determination the lifetime of minority charge carriers and iron impurity concentration in semiconductor structures with submicron layers. Euroasian Journal of Semiconductors Science and Engineering. 2020;2(4):17-21.Tyavlovsky A., Zharin A., Mikitsevich V., Vorobey R. Scanning photo stimulated electrometry for testing the uniformity of spatial distribution of semiconductor wafers parameters. Euroasian Journal of Semiconductors Science and Engineering. – 2020. – Vol. 2. – No. 4. – Pp. 47–51.A. Tyavlovsky, A. Zharin, V. Mikitsevich, R. Vorobey. Scanning photo stimulated electrometry for testing the uniformity of spatial distribution of semiconductor wafers parameters. Euroasian Journal of Semiconductors Science and Engineering. 2020;2(4):47-51.Pantsialeyeu K., Zharin A., Mikitsevich V., Gusev O. Semiconductor wafers testing based on electron work function of surface. Euroasian Journal of Semiconductors Science and Engineering. – 2020. – Vol. 2. – No. 5. – Pp. 11–14.K. Pantsialeyeu, A. Zharin, V. Mikitsevich, O. Gusev. Semiconductor wafers testing based on electron work function of surface. Euroasian Journal of Semiconductors Science and Engineering. 2020;2(5):11-14.Жарин А.Л. Метод контактной разности потенциалов и его применение в трибологии. – Минск: Бестпринт. – 1996. – 235 с.Zharin AL. Contact Potential Difference Technique and Its Application in Tribology. Minsk: Bestprint Publishing; 1996. 235 p.Пантелеев К.В., Микитевич В.А., Жарин А.Л. Построение измерителей контактной разности потенциалов / К.В. Пантелеев, В.А. Микитевич, А.Л. Жарин // Приборы и методы измерений. – 2016. – Т. 7. – № 1. – С. 7–15. DOI: 10.21122/2220-9506-2016-7-1-7-15Pantsialeyeu KU, Mikitsevich UA, Zharin AL. Design of the contact potentials difference probes. Devices and Methods of Measurements. 2016;7(1):7-15. (In Russ.). DOI: 10.21122/2220-9506-2016-7-1-7-15Микитевич В.А. Интеллектуальный сенсор для измерительных систем, работающих по схеме синусоидальное возбуждение–отклик / В.А. Микитевич [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2023. – Т. 14. – № 1. – С. 18–26. DOI: 10.21122/2220-9506-2023-14-1-18-26Mikitsevich UA, Svistun AI, Samarina AV, Pantsialeyeu KU, Zharin AL. Intelligent Sensor for Measurement Systems with Sinusoidal Excitation Response. Devices and Methods of Measurements. 2023;14(1):18-26. (In Russ.). DOI: 10.21122/2220-9506-2023-14-1-18-26Пантелеев К.В. Цифровой измеритель контактной разности потенциалов / К.В. Пантелеев [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2016. – Т. 7. – № 2. – С. 136–144. DOI: 10.21122/2220-9506-2016-7-2-136-144Pantsialeyeu KU, Svistun AI, Tyavlovsky AK, Zharin AL. Digital contact potential difference probe. Devices and Methods of Measurements. 2016;7(2):136-144. (In Russ.). DOI: 10.21122/2220-9506-2016-7-2-136-144

The authors declare that there are no conflicts of interest present.