Способ контроля качества полупроводниковых структур

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1823036 А 1 Я.1)5 Н 0121 6 СУДАРСТВЕН 4 ОЕ ПАТЕНТНО ДОМСТВО СССР .ОСПАТЕНТ СССР( )ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН и Ч.",С 4 ЦЯ АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬС 31/25 ПОЛУещаютэнерщенной глощеежиме ратном е конбодных ферном зц.1.1 п)оп)огееа едогеп)еп 1р. 515 - 1 6.93. Бюл. М 23итут электроники АН БССР Бочарова и М.П.РыжковМ 1 уаааа е 1 аП. 1 еаКаде соггеп 11 псогге 1 атед М/Й Ыаоса 1 оп с 1 епз 11 у еб зегп 11 п Ыа 11 пд 1.ЕС - ОаАзар, 1. уз, 1982, ч. 21, М 9, р 1,542 - 1544.Матзогпо 1 о, 14. ЧlатапаЬе. депе 1 су 1 п зеп)11 пзц 1 а 11 пд СаАз Ьу зсапппд 1 еаКаде сцггепт теазз.,ар 1, Арр. Р 1)уз. 1982, ч. 21, М 8, 517. Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано при исследовании полупроводниковых структур и при изготовлении приборов на их основе для диагностики и разбраковки зпитаксиальных структур и полуизолирующих подложек арсенида галлия,Целью изобретения являетсл повышение информативности способа за счет обеспечения возможности раздельной диагностики полуизолирующей подложки и переходной области (буферного слоя) между подложкой и эпитаксиальным слоем.Сущность изобретения заключается в создании прижимных металлических контактов к подложке иэпитаксиальному слою, освещении структуры оптическим излучением и измерении фототока, протекающего между омическими контактами, освещение структуры производят излучением с энергией квантов, меньшей ширины эапрещен(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВАПРО В ОД 4 И КО В ЫХ СТРУКТУР(57) Сущность изобретения: освструктуру оптическим излучениемгией квантов меньше ширины запрезонй в области примесной полосы пония, Измеряют фототок в темновом ри при освещении при прямом и обсмещении, Рассчитывают отношеницентраций глубоких центров и своносителей заряда в подложке в буслое. 2 ил,ной зоны в области примеснбй полосы поглощения, измеряют зависимости тока между и рижимными контактами от приложенного внешнего напряжения в прямом и обратном направлении в темновом режиме и при освещении, определяют зна- чениЯ напРЯжениЯ смеЩениЯ и тока Опр 1, Опр 2 1 тпр 1 фпр 1 1 тпр 2, 1 фпр 2 В ПРЯМОМ НЭПРЭВ- лении и 00 бр 1, 1 тобр 1, 1 фобр 1 в обРатном направлении, при которых фототок определяется фотопроводимостью подложки и переходной области между подложкой и легированным слоем соответственно, и по формулам1823036 ОО 11 зф Зтф вць +%вь2 об й функцией 1 от пара выражается некоторо 11 гьц метра, Причем,ьцг ше причин, эта монотонно воз аста45 1=1 Ъг 70 Д Гз лу указанных выфунр ющей щения ф1 т 2 об лля являетсяо есть по вели т 2 обр р можно оце ине атно рно нтр о слоя по вбуферном с 10 1 О 1 1 ць 55 чественной оценнайти явный вид ия градуировочнозвестной конценнтров. Способ ц,полопают отношения концентраций глуПо;их центров и свободных носителей заряЪяцьда в подложке, - и переходной области11 яць Ьц 1, по которым производят разбраковку 11 яполупроводниковых структур.На Фиг. 1 представлены схема измерения (а) и энергетическая диаграмма полупроводниковой структуры с прижимными металлическими контактами (б), где 1 - эпитаксиальный легированный слой, 2 - буферный слой, 3 - подложка, 4 - прижимные металлические контакты, 5, 6 - слои обьемного заряда в приконтактных областях.На фиг. 2 представлены прямая (а) (положительный потенциал на подложке) и обратная (б) ветви вольтамперной характеристики полупроводниковой структура с прижимными металлическими контактами в темновом режиме (7) и (9) и при освещении (8) и (10) оптическим излучением в области полосы примесного поглощения (ЕЬ") Еь где Е - энергия фотоионизации глубоких центров).Г 1 ри приложении к структуре с прижимными металлическими контактами 4 внешнего напряжения О через нее будет протекать ток 1, величина которого определяется значением напряжения и сопротивлением областей 1, 2, 3, 5, 6 (фиг. 1 б). Сопротивления квазинейтральных областей 1. 3 в области напряженности эиектри 5 ческого поля ниже критической , -3 10 В/см) можно считать не зависящим от поля, Сопротивления областей 2, 5 и 6 являются сложными функциями от О, поскольку в них имеются энергетические барьеры для электронов, При достаточно больших площадях ( - нескольких м ) можно добиться того, чтогроль областей 5 и 6 в ограничении уровня тока ерез структуру будет мала. В этом случае можно записать: где 02 - напряжение, приложенное к слою2,При достаточно больших напряженияхсмещения прямая ветвь ВАХ вырождается впрямую линию с наклоном где Мь ь - концентрация свободных носителей заряда в подложке,При освещении оптическим излучением структуры происходит фотогенерация свободных носителей с глубоких уровней, что приводит к изменению сопротивления Яз; Отсюда легко получить выражение для определения отношения концентрации глубоких центров к концентрации свободных носителей в подложке Используя конечные приращения, формула (6) на линейном участке ВАХ прекращается в формулу (1).Если к структуре приложить напряжение, смешающее буферный слой 2 в обратном направлении (обратное смещение), то его сопротивление возрастает с ростом напряжения (насыщение) и затем по мере увеличения Оо уменьшается (пробой). При ОПРЕДЕЛЕННЫХ ЗНаЧЕНИЯХ О - Огобр (фИГ. 2 б) влияние Вг(Об) на вид ВАХ становится максимальным, При освещении структуры излу 30.чением в области примесной полосы поглощения происходит увеличение тока за счет генерации фотоносителей в буферном слое, значение сопротивления которого опрЕдЕляЕт тОк при О = 02 обр. ПОСкОльку пО мере увеличения концентрации глубоких центров в буферном слое величина фотосигнала 1 ф 2 обр -1 т 2 обр возрастает, а концентрация свободных носителей заряда в буфЕрНОМ СЛОЕ ОПрЕдЕЛяЕт ЗНаЧЕНИЕ 1 г 2 обр В темновом режиме, то отношение нивать качество буфе концентрации глубоких це слое,Для проведения коли ки Мгьцг необходимо функции 1 путем построен го графика для структур с и трацией глубоких цеосуществляется следующим образом. Вначале к структуре создаются прижимные металлические контакты та.,им образом, чтобы один из них обеспечивал электрический контакт с подложкой, а д,другой - с эпитаксиальным слоем, и чтобы эконтакты были расположены друг напротив друга, Затем к контактам прикладывают;нешнее электрическое поле и измеряют зависимости тока, протекающего между прижимными контактами, от приложенного внзшнего напряжения в прямом и обратном направлении в темновом режигле. 1 алее освещают полупроводниковую структуру в области прижимных контактов оптическим излучением с энергией квантов, пльшей энергии фотоиониэации глубокихегпров, но меньшей ширины запрещенн-й зоны полупроводника и измеряют вольтамперные характеристики структу 1.при освещении. Из графических зависимостей 1 г,ф = 1(Опр,обр) находят характерные значения напряжения СмЕщвния и тОкОВ Опр 1, Опр 2, 1 тпр 1, 1 тпр 2 1 ф,р 1, 1 фпр 2 в прямом направлении и Ообр 1, 1 тобр 1, 1 фобр В Обратном направлении, при которых фототок определяется фотопроводимостью подложки и буферным слоем соответственно и по формулам (1) и (2)111 зць 111 ьц 1определяют и, по которым проьць ьц 1изводят оценку качества подложки и эпитаксиального слоя и разбраковку полупроводниковых структур путем сравнения полученных значений с максиглально допустимыми значениями.Предлагаемый способ позволяет проводить раздельно диагностику как полуизолирующей подложки, так и буферного сло.Способ может быть использован для входного контроля подложек, для оптимизации технологии выращивания эпитаксиальных слоев, а также для осуществления входного контроля эпитаксиальных структур при производстве дискретных арсенидгаллиевых приборов и интегральных схем.Формула изобретения Способ контроля качества полупроводниковых структур с полуизолирующей подложкой, включающий создание прижиглных металлических контактов к подложке и эпитаксиальному слою, приложение к контактам напряжения, освещение структуры 5 оптическим излучением, измерение тока,протекающего между прижимными контактами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения информативности способа за счет обеспечения раздельной диагностики 10 полуизолирующей подложки и переходнойобласти между подложкой и эпитаксиальным слоем, используют контакты площадью порядка нескольких квадратных миллиметров, освещение структуры производят излу чением с энергией квантов, превышающейэнергию ионизации глубоких центров, но меньшей ширины запрещенной зоны, зависимости тока между прижимными контактами от приложенного внешнего напряжения 20 измеряют как при прямом, так и при обратном включении структуры как в темновом режигле, так и при освещении, при прямых напРЯжениЯх О,р 1 и О,р 2, пРи котоРых фототок определяется фотопроводимостью под ЛОЖКИ, ОПрЕдЕЛяот ВЕЛИЧИНЫ ТОКОВ 1 пр 1 И1 пр 2 .1 пр 1 И 1 пр 2 ВтЕМНОтЕИ ПрИОСВЕщЕНИИФ фсоответственно, определяют величины токов 1 обр 1, 1 обр 1 в обРатном напРавлении вт фтемноте и при освещении соответственно, 30 при напряжении, когда фототок определяется фотопроводностью переходной области между подложкой и легированным слоем и по формулам11 зць 1 пр 2 1 прИ1 ьць 1 пр 2 - 1 пр 111 гЬцгобрробр 1ф г40 Мьц 1определяю отношения концентраций глубоких центров и свободных носителей заряда в подложке Мг,ць/Ц,ць и переходной 45области И 1 ьц 1/Мьц 1, по которым производят разбраковку полупроводниковых структур.1823036 г.тр Фиг,ставитель И,Боча хред М.Моргентэл ор О.Густи Реда кт Заказ 2181 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,