Способ входного контроля монокристаллических кремниевых пластин
METHOD OF INCOMING INSPECTION OF MONOCRYSTALLINE SILICON WAFERS

Изобретение относится к области технологии производства силовых полупроводниковых приборов и предназначено для входного контроля качества кремниевых пластин.
Известен способ определения параметров полупроводниковых материалов, включающий облучение слоя полупроводника электромагнитным зондирующим излучением, длина волны которого превышает толщину слоя полупроводника, измерение интенсивности интерференционных максимумов первого или второго порядков отраженного или прошедшего через полупроводник излучения, определение мощности отраженного, прошедшего и поглощенного излучения, расчет локальной проводимости полупроводника, причем с целью обеспечения возможности одновременного определения дополнительных параметров облучаемый слой полупроводника приводят с одной стороны в контакт с двумя гальванически не связанными объемами химически нейтрального по отношению к полупроводнику электролита, между одним из которых и полупроводником прикладывают постоянное обедняющее напряжение, измеряют емкость области пространственного заряда (ОПЗ), определяют исходя из нее толщину ОПЗ, одновременно прикладывают к полупроводнику и электролиту переменное напряжение, измеряют мощность излучения, поглощенного в необедненном слое полупроводника, последовательно изменяют значения подаваемого постоянного напряжения до напряжения пробоя ОПЗ, а также амплитуду переменного напряжения и снимают зависимости мощности поглощенного излучения от толщины ОПЗ и амплитуды переменного напряжения, по которым дополнительно определяют соответственно профиль удельной проводимости, а также профили подвижности и концентрации носителей заряда (см. Авторское свидетельство СССР №1835967, МПК H01L 21/66, опубл. 1996 г.).
Недостатком этого способа является невозможность его использования в производственной линии изготовления силовых полупроводниковых приборов из-за его сложности и трудоемкости. Кроме того, данный способ не позволяет контролировать плотность структурных дефектов в кремнии.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ контроля пригодности монокристаллических кремниевых пластин для изготовления полупроводниковых приборов, включающий облучение пластин инфракрасным (ИК) излучением в диапазоне 0,5-5,0 мкм, определение коэффициента пропускания и прогнозирование количества годных приборов заданного типа, получаемых на этих пластинах, на основе предварительно установленной корреляционной зависимости между коэффициентом пропускания и количеством годных приборов (см. патент РФ №2009573, МПК H01L 21/66, опубл. 2013 г.).
Недостатком данного способа является невозможность его применения при входном контроле шлифованных кремниевых пластин, используемых при производстве силовых полупроводниковых приборов, поскольку в рассматриваемом диапазоне длин волн эти пластины практически непрозрачны.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в осуществлении возможности входного контроля шлифованных монокристаллических кремниевых пластин, используемых при изготовлении силовых полупроводниковых приборов, по величине коэффициента пропускания ИК-излучения.
Это достигается тем, что в способе входного контроля монокристаллических кремниевых пластин, включающем облучение пластин инфракрасным излучением, определение коэффициента пропускания, установление корреляционной зависимости между коэффициентом пропускания и количеством годных пластин и оценку пригодности пластин по этой характеристике, согласно изобретению, для отсечения энергии источника инфракрасного излучения в полосе возбуждения нормальных колебаний кристаллической решетки кремния и в области ионизации примесей в нем, между источником инфракрасного излучения и кремниевой пластиной, устанавливают корригирующие светофильтры, а измерение коэффициента пропускания производят в полосе прозрачности шлифованных кремниевых пластин в диапазоне длин волн 5,5-30,0 мкм.
Технический результат состоит в неразрушающем и быстродействующем входном контроле монокристаллических кремниевых пластин, используемых при изготовлении силовых полупроводниковых приборов.
Выбор предлагаемого способа контроля шлифованных монокристаллических кремниевых пластин, используемых при изготовлении силовых полупроводниковых приборов, основан на том факте, что величина потока ИК-излучения, проходящего через кремниевую пластину, имеет корреляционную связь с рядом электрофизических параметров, влияющих на выход годных силовых полупроводниковых приборов, изготовленных из этих пластин.
Выбор интервала длин волн ИК-излучения при измерении коэффициента пропускания обусловлен тем, что полоса прозрачности шлифованных кремниевых пластин находится интервале 5,5-30,0 мкм.
Использование корригирующих светофильтров позволяет путем сопоставления величин коэффициентов пропускания ИК-излучения, прошедшего через пластину без светофильтра и со светофильтром, с учетом коэффициента поглощения светофильтра в данном диапазоне длин волн, судить о концентрации примесей и различного вида дефектов в кристаллической решетке кремния.
Пример. Возможность оценки качества кремниевых пластин по предлагаемому способу была осуществлена на основе серийного производства модулей тиристорных МТ 3 - 540 - 18 - А2 АО «Протон-Электротекс» (г. Орел). Исследовали кремниевые пластины КОФ 50-70 толщиной 440 мкм и ориентацией кристаллографических плоскостей (111) из которых формировали экспериментальную партию, состоящую из 50 пластин с высоким значением коэффициента пропускания (более 40%) и 50 пластин с низким значением коэффициента пропускания (менее 30%) ИК-излучения в диапазоне длин волн 5,5-30,0 мкм.
Значения коэффициента пропускания ИК-излучения, проходящего через кремниевую пластину, определяли на действующем макете. Корригирующий светофильтр установили между источником ИК-излучения и кремниевой пластиной. В качестве источника ИК-излучения использовали силитовый стержень, разогретый до температуры 600-800°С. В качестве корригирующего светофильтра, отсекающего энергию источника ИК-излучения в полосе возбуждения нормальных колебаний кристаллической решетки кремния и в области ионизации примесей в нем, использовали ИК-светофильтр SLWP-5066-001431, отсекающий энергию источника ИК-излучения в полосе длин волн меньше 5,5 мкм. ИК-излучение прошедшее через кремниевую пластину регистрировали с помощью инфракрасного фотоприемника LIE-235 фирмы InfraTec. Длинноволновая граница 30 мкм определена свойствами фотоприемника, что не требует применения длинноволнового фильтра, (используемый фотоприемник физически не способен воспринимать волны длиннее 30 мкм)
Из экспериментальных пластин были изготовлены, а затем исследованы модули тиристорные. Электрофизические испытания осуществляли в соответствии с технической документацией АО «Протон-Электротекс». В таблице приведены значения коэффициентов пропускания ИК-излучения исследованных кремниевых пластин и результаты электрофизических испытаний изготовленных на их основе тиристорных модулей. Видно, что среднее количество годных модулей по выбранному параметру, изготовленных из пластин с высоким коэффициентом пропускания ИК-излучения, существенно превышает количество годных модулей, изготовленных из пластин с низким коэффициентом пропускания, что позволяет сделать вывод о наличии корреляционной зависимости между коэффициентом пропускания и количеством годных пластин.