Универсальный цифровой зондовый электрометр для контроля полупроводниковых пластин

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.

1. Komin V.V. [et al.]. Status of Non‐contact Electrical Measurements. AIP Conference Proceedings, 2003, 683, 782. DOI: 10.1063/1.1622559

2. Shroeder D.K. Contactless surface charge semiconductor characterization. Materials Science and Engineering. – 2002. – № 91–92. – Pр. 196–210.

3. Kronik L., Shapira Y. Surface photovoltage phenomena: theory, experiment, and applications. Surface Science Reports. – 1999. – Vol. 37. – Pp. 1–206.

4. 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.

5. 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: 10.21122/2220-9506-2017-8-4-24-31

6. Zharin 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.

7. 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.

8. 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.

9. Жарин А.Л. Метод контактной разности потенциалов и его применение в трибологии. – Минск: Бестпринт. – 1996. – 235 с.

10. 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: 10.21122/2220-9506-2016-7-1-7-15

11. Микитевич 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: 10.21122/2220-9506-2023-14-1-18-26

12. Пантелеев К.В. Цифровой измеритель контактной разности потенциалов / К.В. Пантелеев [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2016. – Т. 7. – № 2. – С. 136–144. DOI: 10.21122/2220-9506-2016-7-2-136-144