Способ определения профиля концентрации легирующей примеси в кремниевых эпитаксиальных структурах

(51) 5 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКО ИДЕТЕЛ Ь СТВ 2 единени 4.5, %20, р. ПРОФИЛЯ Й ПРИМЕ- ИАЛЬНЫХ мерен ию именно(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯКОНЦЕНТРАЦИИ ЛЕГИРУЮЩЕСИ В КРЕМНИЕВЫХ ЭПИТАКССТРУКТУРАХ(57) Изобретение относится кпараметров полупроводников Изобретение относится к измерению параметров полупроводников, а именно многослойных полупроводниковых структур, с помощью электрохимического травления и может быть использовано при изготовлении кремниевых фотоприемников с блокированной проводимостью по примесной зоне, имеющих структуру и - и - и и предназначенных для работы в ИК-области спектра,Известен способ определения профиля концентрации носителей заряда в полупроводниковом материале, заключающийся в том, что пластину полупроводникового материала приводят в контакт с электролитом, образующим барьер Шоттки и позволяющим осуществить электрохимическое травление, К барьеру Шоттки прикладывают постоянное напряжение смещения и тестирующий переменный сигнал. Измеряя ток многослоиных полупроводниковых структур, с помощью электрохимического травления и может быть использовано при изготовлении кремниевых фотоприемников с блокированной проводимостью по примесной зоне, имеющих структуру и - и - и и предназначенных для работы в ИК-области спектра. Целью изобретения является обеспечение возможности измерения структур и - и - и -типа, Для этого электро- химическое травление проводят,в 2-3электролите состава НР;НИОз:НгОг = 1:1:1 при напряжении смещения (1:2) В, а емкость барьера Шоттки измеряют при напряжении смещения -0,3-0 В. 1 ил., 1 табл. травления и емкость барьера, рассчитывают с помощью известных соотношений глубину проникновения в полупроводник и концентрацию легирующей примеси или носителей заряда,Способ позволяет осуществлять измерение профиля концентрации носителей заряда в таких полупроводниковых материалах, как ОаАз и ОаР (при этом электролитом служит 10;-ный водный раствор КОН), однако непригоден для контроля кремниевых эпитаксиальных структур, так как укаэанный электролит не обеспечивает качественный барьер Шоттки и не позволяет осуществлять электрохимическое травление,Известен способ определения профиля концентрации легирующей примеси в кремниевых эпитаксиальных структурах, заключающийся в том, что эпитаксиальнуюструктуру приводят в контакт с электролитом, представляющим собой смесь 1 М водного раствора йаЕ и 0,05 М водногораствора НгЯОд. К образовавшемуся барьеру Шоттки прикладывают постоянное напряжение смещения, равное 2,5 В впроцессе травления и 1,5 В в процессе измерения, измеряют емкость барьера Шоттки полупроводник - электролит и токэлектрохимического травления, После этогопо известным формулам рассчитывают глубину проникновения в полупроводник иконцентрацию легирующей примеси.Недостатком способа является невозможность его осуществления на эпитакси+ +альных структурах и - и - и -типа,Целью изобретения является обеспече+ние возможности измерения структур п - и- и -типа,На чертеже изображен график распределения концентрации носителей заряда+для структур типа и - и - и, иллюстрирующий предлагаемый способ,П р и м е р. Измерение профиля концентрации мышьяка осуществляют на электрохимическом профилометре в кремниевыхструктурах и - и - и, изготовленных методом газофазной эпитаксии. Травление и измерение емкости проводят в стандартнойячейке, состоящей из резервуара для электролита и прижимного устройства, создающего контакт к обратной стороне образца.В качестве электролита используют 2-З ный водный раствор НЕ:НМОз:Н 202=1:1:1,В процессе травления к барьеру Шотткиприкладывают напряжение смещения 1-2В, измеряемая плотность тока травления1-3 мА/см . Измеряют емкость барьераШоттки полупроводник-электролит при напряжении смещения (-0,3-0) В, при,этом частота и напряжение тестирующего сигналасоответственно 3-20 кГц и 0,14 В. Расчетконцентрации мышьяка и глубины его про+ .нникновения в п - и - и осуществляют поформулам1 сз,дг пс 7 ЭчХ 1 =; Х 2 = у Е ) А Х(т) б 1 еХ=Х 1+Х 2,где М(х) - концентрация мышьяка в точке Х;Ц - заряд электрона;я - диэлектрическая проницаемостьполупроводника;е - диэлектрическая проницаемостьвакуума;А - площадь образца;с - измеряемая емкость; Ос/оч - производная емкости по напряжению;М - молекулярный вес полупроводника;Е - валентность полупроводника;5 Е - постоянная Фарадея;О - плотность полупроводника;с - текущий момент времени;1(т) - ток травления в момент времени 1;Т - время т 1 оавления. В данном случае10 ц =1,6 10 Кл,8=11,8, го=8,8510Ф/Ом,А=0,1 см, М =28, 7=4, Е= 96485 Кл/г- экв, О = 2,32 г/см .Накопление результатов измерения ем 15 кости и тока травления, а также расчет Кх)и х по приведенным формулам осуществляют с помощью ЭВМ,На чертеже приведена диаграмма типичного профиля, полученного в результате20 измерений.Для проверки полученных результатов вструктурах дополнительного проведено измерение поверхностной концентрациимышьяка с-ч методом с помощью Нд-зонда25 после химического стравливания слоя заданнойй тол щин ы, Поверхностную кон центрацию измеряют в 3 точках.Режимы измерения и полученные приэтом результаты, а также результаты срав 30 нительного измерения в соответствующихточках приведены в таблице.Анализ результатов измерений показывает, что предлагаемый способ обеспечивает достижение цели, а именно позволяет35 измерить профиль легирования в структурах указанного типа с толщиной слоев до 50мкм, при этом значения концентрации, измеренные предлагаемым способом и с-ч методом, совпадают с погрешностью +1540 что вполне удовлетворительно для измерений данного типа (см. таблицу).Таким образом, предлагаемый способобеспечивает возможность измерения профиля концентрации легирующей примеси в45 кремниевых структурах, полдченных газофазной эпитаксией и - и - и -типа, что позволяет проводить входной контроль иоптимизировать технологические процессыпри изготовлении фотоприемников с блоки 50 ровкой проводимости по примесной зоне идругих полупроводниковых приборов. Формула изобретения Способ определения профиля концент рации легирующей примеси в кремниевыхэпитаксиальных структурах, включающий электрохимическое травление образца, измерение емкости барьера Шоттки полупроводник - электролит и тока электроказ 1411 ВНИИПИ Госуда Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гага химического травления, расчет профиля концентрации легирующей примеси, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения+ нструктур и - и - и -типа, электрохимическое травление проводят в 2-3;-ном водном растворе НЕ:НИОз:Н 202 = 1:1:1 при напряжении смещения 1-2 В, а емкость барьера 5 Шоттки измеряют при напряжении смещения (-0,3-0)В.