4.4.Критерії однорідності напівпровідникових матеріалів

В даний час в світових і вітчизняних стандартах на напівпровідникові матеріали прийнято як міра їх електричної неоднорідності використовувати так званий розкид значень величини ПЕО за об'ємом кристала. Практично для оцінки цього розкиду залучають сукупність даних вимірювання ПЕО по торцях і утворюючої злитків.

Хай послідовність вимірювань цієї сукупності значень ПЕО визначається числовим поряд: 1, 2, 3,.i,.n. Якщо розробник приладу або мікросхеми визначає номінал величини ПЕО, що замовляється, то кожне зміряне значення повинне задовольняти наступній умові:

(4.13)

де - розкид значень величини ПЕО від номінала, що замовляється, звичайно виражений у відсотках.

Оцінка неоднорідності через критерій розкиду має два очевидних недоліки:

1. Не розкривається характер розподілу ПЕО в об'ємі кристала. Наприклад, кристал може бути майже однорідним, але має хай навіть одне відхилення, яке виведе його за межі, встановлені співвідношенням 4.13.

2. Не враховується ступінь зсуву масиву значень ПЕО у бік максимальної або мінімальної межі. Кристали з великими значеннями ПЕО і кристали з меншими значеннями ПЕО в межах смуги 4.13 кваліфікуються як рівноцінні.

Перший з вказаних недоліків усувається при статистичному підході. Ми вже указували, що як міра неоднорідності в умовах масових вимірювань можна ввести коефіцієнт варіації величини ПЕО

(4.14)

де

Другий недолік можна усунути, залучаючи до розгляду поняття зсуву номінала, що відносно замовляється :

(4.15)

де .

Можна показати, що

(4.16)

Якщо, то при достатньо великому числі вимірювань

Рекомендується застосовувати сукупність критеріїв оцінки ступеня однорідності напівпровідникових матеріалів:

(4.17)

є традиційним розкидом від номінала і характеризує вимоги замовників приладів і мікросхем. Критерій А визначає умови вирощування кристала, головним чином теплові, оскільки він не залежить від ступеня легування і є як би мірою його «істинної неоднорідності». Критерій В характеризує не що інше, як точність легування кристала з метою отримання заданого значення, тобто попадання в "марку". Таким чином, сукупність критеріїв 4.17 дозволяє свідомо управляти основними технологічними операціями отримання кристалів і здійснювати їх оптимальний відбір для виготовлення відповідних приладів і мікросхем.

5. Особливості метрології напівпровідникових плівок і структур

5.1. Загальна характеристика метрологічних проблем технології напівпровідникових плівок і структур

Сучасна мікроелектроніка і твердотільна електроніка вирішують проблеми зниження матеріаломісткості технології виробництва приладів і мікросхем шляхом розробки, освоєння і упровадження локальних методів формування структур прилада. Промисловістю найбільшою мірою освоєні кремнієві структури з епітаксіальними шарами, метрологічне забезпечення виробництва яких вийшло далеко за рамки чисто дослідницьких лабораторних задач.

Тому ми зосередимо свою увагу на кремнієвих композиціях, в структуру яких входять достатньо "товсті (більше 1 мкм) епітаксіальні шари":

1. Одношарові кремнієві структури з епітаксіальним приладовим шаром (КОЕС) і обернуті епітаксіальні структури, де роль приладового шару грає підкладка (ОКЕС).

2. Кремнієві епітаксіальні структури з "прихованими дифузійними шарами" (КЕСС).

3. Кремнієві структури з діелектричною ізоляцією (КСДІ) або типа "кремній на діелектриці" (КНД).

Помітимо, що до цих структур у принципі застосовні всі описані в попередніх розділах методики визначення основних характеристичних параметрів (УЕС, час життя нерівноважних носіїв заряду, холівська рухливість і концентрація), розроблені стосовно об'ємних кристалів, які, проте, вимагають певної адаптації до геометрії і структурної побудови цих композицій.

Для структур 1 і 2 типів вельми важливими є такі параметри як поверхневе і об'ємне ПЕО і характер його розподілу за площею і товщиною шару, товщина "прихованого шару", неплоскопаралельність і стріла прогинання, якість робочої і неробочої сторони і т.д. В структурах типу 3 важливим є визначення ПЕО і інших параметрів в "острівцях" приладової композиції, густина заряду в діелектриці і діелектричній міцності, товщина діелектричного шару, ширини розділової доріжки та інше.

З всього різноманіття метрологічних проблем технології напівпровідникових структур ми виділимо і розглянемо далі ті з них, які представляються головними і мають загальне значення:

1. Вимірювання питомого електричного опору.

2. Вимірювання товщини епітаксіальних плівок.

3. Контроль дефектів структури епітаксіальних плівок.