Способ определения профиля концентрации легирующей примеси в кремниевых эпитаксиальных структурах

Способ определения профиля концентрации легирующей примеси в кремниевых эпитаксиальных структурах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 п - п+- и предназначенных для работы в ИК-области спектра. Целью изобретения является обеспечение возможности измерения структур п - п+ - гГ -типа. Для этого электрохимическое травление проводят 2-3 % электролите состава НЕ:НМОз:Н202 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 1 21/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4862216/25 (22) 30.08.90 (46) 23.04.92. Бюл. N 15 (71) Научно-производственное объединение

"Орион" (72) А. А. Абрамов, Г. А. Гурова и М. А. Макеев (53) 621.382(088.8) (56) Патент ФРГ

М 2521909, кл. G 01 R 31/26, 1984.

Electronics Letters. 1979, ч. 15, N. 20, р.

622-624. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ

КОНЦЕНТРАЦИИ ЛЕГИРУЮЩЕЙ ПРИМЕСИ В КРЕМНИЕВЫХ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ

СТРУКТУРАХ (57) Изобретение относится к измерению параметров полупроводников, а именно

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 n - и - n 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

» Ы 1728900 A1 многослойных полупроводниковых структур, с помощью электрохимического травления и может быть использовано при изготовлении кремниевых фотоприемников с блокированной проводимостью по примесной зоне, имеющих структуру и - n - n и предназначенных для работы в ИК-области спектра. Целью изобретения является обеспечение возможности измерения структур и - п - п -типа. Для этого электрохимическое травление проводят,в 2-3 Д электролите состава HF:ÍNOs:Í202 = 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 GaAs u GaP (при этом электролитом служит 10 Д-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 эпитаксиальную

1728900 структуру приводят в контакт с электролитом, представляющим собой смесь 1М водного раствора NaF и 0,05 М водного раствора HzS04. К образовавшемуся барьеру Шоттки прикладывают постоянное напряжение смещения, равное 2,5 B в процессе травления и 1,5 В в процессе измерения, измеряют емкость барьера Шоттки полупроводник — электролит и ток электрохимического травления, После этого по известным формулам рассчитывают глубину проникновения в полупроводник и концентрацию легирующей примеси.

Недостатком способа является невозможность его осуществления на эпитакси+ ++ альных структурах и - и - n -типа, Целью изобретения является обеспече+ ние возможности измерения структур п - n

++

- и -типа.

На чертеже изображен график распределения концентрации носителей заряда

+ -Ндля структур типа и - n - и, иллюстрирующий предлагаемый способ.

Пример. Измерение профиля концентрации мышьяка осуществляют на электрохимическом профилометре в кремниевых структурах и — и - n, изготовленных методом газофазной эпитаксии. Травление и измерение емкости проводят в стандартной ячейке, состоящей из резервуара для электролита и прижимного устройства, создающего контакт к обратной стороне образца.

В качестве электролита используют 2-3 ный водный раствор HF:HNÎç:H202 = 1:1:1, В процессе травления к барьеру Шоттки прикладывают напряжение смещения 1-2

В, измеряемая плотность тока травления

1-3 мА/см . Измеряют емкость барьера

Шоттки полупроводник-электролит при напряжении смещения (-0,3-0) В, при,этом частота и напряжение тестирующего сигнала соответственно 3-20 кГц и 0,14 В. Расчет концентрации мышьяка и глубины его про+ ++ никновения в п - и - и осуществляют по формулам

1 с з ц „.д ас7Е7:

Х1 —, X> — Z F / 1(t) бt;

X-Х +Х, где N(x) — концентрация мышьяка в точке Х;

q — заряд электрона; о — диэлектрическая проницаемость полупроводника;

eo — диэлектрическая проницаемость вакуума;

А — площадь образца; с — измеряемая емкость;

dc/dv — производная емкости по напряжению;

М вЂ” молекулярный вес полупроводника;

Z — валентность полупроводника;

5 F — постоянная Фарадея;

D — плотность полупроводника;

t — текущий момент времени;

1(т) — ток травления в момент времени t;

Т вЂ” время травления. B данном случае

10 q = 1,6 10 Кл, 8= 11,8, ео= 8,85 10

Ф/Ом, А = 0,1 см, М = 28, Z = 4, F = 96485 Кл/г — экв, D = 2,32 г/см .

Накопление результатов измерения ем15 кости и тока травления, а также расчет N(x) и х по приведенным формулам осуществляют с помощью ЭВМ.

На чертеже приведена диаграмма типичного профиля, полученного в результате

20 измерений.

Для проверки полученных результатов в структурах дополнительного проведено измерение поверхностной концентрации мышьяка с-v методом с помощью Нд-зонда

25 после химического стравливания слоя заданнойй тол щин ы, Поверхностную кон центрацию измеряют в 3 точках.

Режимы измерения и полученные при этом результаты, а также результаты срав30 нительного измерения в соответствующих точках приведены в таблице.

Анализ результатов измерений показывает, что.предлагаемый способ обеспечивает достижение цели, а именно позволяет

35 измерить профиль легирования в структурах указанного типа с толщиной слоев до 50 мкм, при этом значения концентрации, измеренные предлагаемым способом и c-v методом, совпадают с погрешностью +15%, 40 что вполне удовлетворительно для измерений данного типа (см. таблицу).

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает возможность измерения профиля концентрации легирующей примеси в

45 кремниевых структурах, полдченных газофазной эпитаксией n - и - n -типа, что позволяет проводить входной контроль и оптимизировать технологические процессы при изготовлении фотоприемников с блоки50 ровкой проводимости по примесной зоне и других полупроводниковых приборов.

Формула изобретения

Способ определения профиля концент55 рации легирующей примеси в кремниевых эпитаксиальных структурах, включающий электрохимическое травление образца, измерение емкости барьера Шоттки полупроводник — электролит и тока электро1728900

20 б д 70 72 74 76 J8 Л7

x(m)

25

Составитель А. Щитов

Редактор С. Патрушева Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Л. Патай

Заказ 1411 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 химического травления, расчет профиля концентрации легирующей примеси, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения

+ н структур n - -n - и -типа, электрохимическое травление проводят в.2-3; -ном водном растворе HF:ÍNÎ3:H202 = 1:1:1 при напряжении смещения 1-2 В, а емкость барьера

5 Шоттки измеряют при напряжении смещения -0,3-0)B.