Способ выявления дефектов с повышенными токами утечки в полупроводниковых структурах

(51) 4 Н 01 1 21/66 А ИЯ БРЕ ЕТЕЛЬСТ р. Исследовапереходов Алферов Ж.И. и дысоковольт)в)хзиА 1 Са Ааока, индуцироваинлзонцоме Физика идников,1970, ВЯ,М, СайЬойс шаейесйз).Е 1 есС124, Н 4, 578 ниев СаРциинымпровНиЙе1977 етодом регистра ого электрон- техника полус.1311-1315. рхпя оХ 1 еа 1 аосМтд. Яос., 82 (прототип). ни ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРпо делАм изоБРетений и ОтнРытий ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ С(54)(57) СПОСОБ ВЬИВЛЕНИЯ ДЕФЕ С ПОВЬПИЕННЫМИ ТОКАМИ УТЕЧКИ В П ЙРОВОДНИКОВЫХ. СТРУКТУРАХ, основ ный на электрохимическом декориров нии дефектов путем приведения. лове ностей полупроводниковой структуры с- и-слоями в контакт с электр литом; включении между полупроводниковой структуройи электролитом источника напряжения и визуальному выявлении дефектов, о т л и.ч а ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения неразрушающего выявления дефектов с повышенными токами утечки в полупроводниковых структурах, имеющих ) -п-переход, параллельный плоскости полупроводниковой структуры, -слой полупроводниковой структуры приводят в контакт с электролитом для анодного окисления, плюсовой полюс источника напряжения соединяют с-слоем, величину напряжения устанавливают меньшей напряжения пробоя Р-Ь-перехода, но большей напряжения отсечкиперехода, производят анодное окисление до прекраще- Е ния тока через полупроводниковую структуру, затеи ) -слой полупроводниковой структуры приводят в контакт с электролитом для электрохимического осаждения металла, приклады- Я вают напряжение между электролитом и-слоем полупроводниковой структуры, имеющее величину напряжения отсечкиперехода, но меньшую напряжения при анодном окислении, причем минусовый полюс источника напряжения соединяют с )1 -слоем полупроводковой структурыИзобретение относится к полупроводниковой, технике и может быть использовано для контроля полупроводниковых структур в процессе изготовления полупроводниковых приборов,Известен способ выявления дефектов с повышенными токами утечкив полупроводниковых структурах, основанный на воздействии на поверхность структуры электронным зондом 10в электронном микроскопе.Недостатком этого способа является его непригодность для контролядефектов структур с плоскими-Ь-переходами, расположенными на глубине более 10 мкм от поверхности,Наиболее близким техническимрешением является способ выявлениядефектов с повышенными токами утечки в полупроводниковых структурах, 20основанный на электрохимическомдекорирования дефектов путем приве- .дения поверхности полупроводниковойструктуры с п и р -слоями в контакт с элЕктролитом, включении между 5полупроводниковой структурой иэлектролитом источника напряжения,визуальном выявлении дефектов.Недостатком этого способа является егоразрушающий характер, обус- З 0ловленный трудностью удаления металла, осажденного на дефектах,.а также тем, что осажденный металл увеличивает токи утечки через дефекты.35Цель изобретения - обеспечениенеразрушающего выявления дефектовс повышенными токами утечки .в полупроводниковых структурах, имеющих-О-переход, параллельный плоскости 40полупроводниковой структуры,Цель достигается тем, что в способе выявления дефектов с повышенными токами утечки в полупроводниковых структурах-слой полупроводниковой структуры приводят вконтакт с электролитом для анодногоокисления, плюсовой полюс источника напряжения соединяют с О -слоем,величину напряжения устанавливаютменьшей напряжения пробоя-О-перехода, но большей напряжения отсечки 0 -В-перехода, производят анодное окисление до прекращения токачерез полупроводниковую структуру,затем р -слой полупроводниковойструктуры приводят в контакт с элект-ролитом для электрохимического осаждения металла, прикладывают напряжение между электролитом и-слоем полупроводниковой структуры, имеющее величину, большую напряжения отсечки-П-перехода, но меньшую напряжения при анодном окислении, причем минусовой полюс источника напряжения соединяют с И "слоем полупроводниковой структурыНа фиг.1-3 схематично показаны этапы осуществления способа.Схема содержит и -слой 1 полупроводниковой структуры, Р -слой 2 полупроводниковой структуры,-П-переход 3, дефект 4 с повышенной утечкой тока, защитное покрытие 5 торцов, электролит 6 для окисления, отрицательный электрод 7, положительный электрод 8, пленка 9 анод- ного окисла, электролит 10 для осаждения металла, осажденный слой металла 11.Способ осуществляют следующим образом.Сначала все торцовые поверхности полупроводниковой структуры защищают изолирующим покрытием 5 (показана защита только двух торцов полупроводниковой структуры ). Изолирующее покрытие наносят для защиты мест выхода-П-перехода на торцы полупроводниковой структуры,Затем полупроводниковую структуру со стороны-слоя погружают в электролит 6 на глубину менее тол- щины структуры. Благодаря этому осуществляется контакт с электролитом 6 только-слоя 2 и отсутствует контакт с электролитом и -слоя 1.Электролит выбирают таким, чтобы при прохождении тока между структурой и электролитом на поверхностиструктуры образовался слой анодного окисла. Поскольку анодное окисление реализуется при приложении напряжения плюсом к структуре, для того,чтобы это напряжение одновременно смещало 11 -и-переход в обратном направлении, полупроводниковую структуру .погружают в электролит-слоем,на котором и выращивают локальные пленки анодного окисла. Напряжение О прикладывают между электролитом 6 с помощью электрода 7 и О -слоем 1 с помощью электрода 8. Плюсприкладывается к Р -слою 1, а минус - к электролиту 6, Это обеспечиваетсмещение Р -11-перехода в обратном7 4для электрохимического осаждения металлов, например в электролит для электрохимического осаждения никеля. Осаждение металла осуществляют нри приложении минуса к и -слою структуры, а величину 11 м этого напряжения устанавливают больше напряжения отсечки,Ц Р-п-перехода, но меньше величины, напряжения Ц , использованного при анодном акислении данной структуры.Ограничение 11 м ъ 0 ц определяетсн необходимостью обеспечения малого сопротивления-1-перехода для получения величины тока, необходимой для быстрого осаждения слоя металла.заданной толщины. Сопротивление же-И-перехода уменьшается на .несколько порядков при увеличении напряженияот величины меньшей напряжения отсечки до величины большей напряжения отсечки.Ограничение Оп с Оц обеспечивает стабильность пленки анодного окисла в процессе электрохимического осаждения металла, так как,пленка 3 . 101099 направлении, при котором ток через -11-переход течет только в местах дефектов 4 с повышенной утечкой тока, Силовые линии тока показаны .штриховыми линиями. 5Приведем обозначения величин напряжений, используемых в описании: 0 - напряжение при анодном окислеЦнии 0 - напряжение при электрохиф. ммическом осажцении металла, 0-, напряжение пробоя-Ь-перехода, 0 напряжение отсечки-Ь-перехода.Напряжение Ц 1, прикладываемое к электродам 7 и 8, падает в основном на-Ь-переходе в местах, 15 свободных от утечек. Для того, чтобы не происходило пробояперехода в процессе локального анодного окисления, величину напряжения 11 на электродах 7 и 8 устанавлива ют меньшей, чем:напряжение пробоями-11-перехода,Величина напряжения ц при анодном окислении определяет толщину слоя аиодного окисла, Для того, 25 чтобы при последующей операции30 электрохимического осаждения металла не происходило пробоя пленкианодного окисла, минимальное напряжение 0 о должно быть больше напряжения.0, используемого при осаждении металла. 0 м устанавлйваетсябольше напряжения отсечки Орпоэтому 0 устанавливается также больше, чем 110 Я результате описанной вьппе операции вырастает локальная пленка анодного окисла 9 в местах утечек тока через и -и-переход. Причем за счет растекания тока по р -слою площадь пленки анодного окисла несколько больше площади мест утечек тока, что является положительным фактором, обеспечивающим залечивание мест уте.чек тока пленкой анодного окисла. Анодное окисление проводится до полного прекращения тока, что обеспечивает полную изоляций мест утечек тока и устраняет влияние утечек тока на характеристику-й-перехода.Следующей операцией является электрохимическое осаждение металла в места, свободные от анодного окисла. Для этого структуру с локальными нленками анодного окисла на -слое погружают со стороны Р -слоя на глубину и менее толщины полупроводниковой структуры в электролит 35 40 45 50 55 анодного окисла выдерживает напряжение только меньше того напряжения,при котором эта пленка получалась,в процессе анодного окисления. В результате данной операции металл осаждается только в местах, свободных от анодного окисла, что обеспечивает надежное декорирование мест утечек тока, так как свободные от металла участки поверхности указывают на места утечек тока, При этом, поскольку металл осаждается только в местах полупроводниковой структуры, в которых нет утечек тока, обеспечивается исключение влияния утечек тока на характеристику-11-перехода.П р и м е р 1. Способ реализуют при исследовании структуры фотоэлемента на основе гетероперехода 11 -арсенид галлия --твердый раствор в системе алюминий - галлий -мышьяк. Суммарная толщина подложки из арсе- нида галлия и И -слоя арсенида галлия - 300 мкм, толщина р -слоя - 0,5 мкм; Напряжение пробоя в данной структуре Ц= 5,5-6 О . Напряжение отсечки р -О-перехода в прямом направлении 0 п= 1,4 В. Торцы структуры защищены лаком ХСЛ.Локальное анодное окисление р-слоя проводят в электролите, состоя 1010997щем из 1 ч, смеси водного раствора аммиака и этиленгликоля, взятых в соотношении, обеспечивающем величину водородного показателя рН 5,8 и 2,5 ч. винной кислоты. Температура раствора 20-25 С. Структуру погружают в электролит,-слоем вниз фиг.2), на глубину 100 - 200 мкм.Иежду платиновым электродам, пог О руженным в электролит, и П -областью структуры прикладывают напряжение 4,5-5 В плюс к структуре), . что приводит к образованию на-слое, локальных пленок анодного окисла 35отолщиной 90-100 А в местах утечек тока 0 -п-перехода. Анодное окисление проводят до полного прекращения тока. Размеры окисленных участков варьируют от нескольких микрон до 20 нескольких десятков микрон. При толщинах порядка 100 А локальные участки пленки анодного окисла такого малого размера. практически не различимы, Визуализация мест утечек осуще ствляется их декорированием слоем никеля. Для этого структуру погружают в электролит Р -слоем вниз, как показано на фиг,З. Электролит состоит из смеси, г/лф сернокислый 30 никель М 1 6 О,70-75; сернокислый натрий Иц 50 40-50; борная кислота НВОз .20-25; хлористый натрий КаС 5-10, водородный показатель рН 5,5-5,8. Между никелевым электродом, погруженным в электролит, и структурой прикладывают напряжение 4 В (минус к структуре), что при выдержке структуры в электролите в течение 2-3 мин приводит к осаждению 40 слоя никеля толщиной 0,5 1 мкм в местах, не закрытых пленкой анод- ного окисла.В результате операций анодного окисления и осаждения никеля обес печивается надежное декорирование мест утечек тока.При изготовлении токоотводящих контактов к - и и областям структуры ( контакт к-области обеспе 50 чивает слой никеля, осажденный в местах, свободных от аиодной пленки) в вольт-амперной характеристике .-п-перехода не проявляется влияние утечек тока. 55 П р и м е р 2. Данный способреализуют при исследовании гетероструктуры с о -1-переходом в твердом растворе алюминий - галлий -мьппьяк. Отличия от примера 1 заключаются в величинах напряжения, используемого при анодном окислениии электрокимическом осаждении металла. Напряжение отсечки цр = 2,0 В.При значени напряжения 11 а = 2,5 Втолщина пченки анодного окисла составляет 40-б 0 А, что также, как ив примере 1 обеспечивает изоляциюмест утечек тока при последующемэлектрохимическом осаждении металла,которое осуществляется при напряжении 2,2 В.Таким образом, способ обеспечивает декорирование мест утечек и позволяет полностью исключить влияниеэтих утечек на характеристику ) -Ь-перехода.Способ может использоваться приизготовлении контактов к полупроводниковым структурам, особенно к тонким слоям, где велика вероятностьвыхода 0 -И-перехода на фронтальнуюповерхность и его закорачивания принанесении металла, Изоляция утечек тока в-и-переходах и изоляция мест выхода-и-перехода на поверхность при помощи анодного окисла перед нанесением металла обеспечивают исключение влияния этих дефектов иа характеристики-П-переходов,Таким образом, предлагаемым способом возможно не только исследование уТечек Р -1-переходов путем ихдекорирования, но и залечиваниеэтих утечек с целью исключения ихвлияния на работу создаваемых приборов и увеличения процента выходагодных структур. Так, при создании контактной сетки к слоям толщиной 0,5 мкм в фотоэлементах на основе арсенида галлия обычным электрохимическим осаждением процент выхода годных структур при их площади 1 см составлял 20- ЗОХ. При использовании же предлагаемого способа эта цифра увеличилась до 80-9 ОЖ.1010997 Фиг, Г Фи. едактор А.Иванова Техред А.Бабин ор Заказ 7039/4 Тираж 678ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 одни сн Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4