Способ контроля качества полупроводниковых структур
Сущность изобретения: освещают структуру оптическим излучением с энергией квантов меньше ширины запрещенной зоны в области примесной полосы поглощения . Измеряют фототок в темновом режиме и при освещении при прямом и обратном смещении. Рассчитывают отношение концентраций глубоких центров и свободных носителей заряда в подложке в буферном слое. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
tsar>s Н 01 1 21/66
ГОСУДАРСТВЕН4ОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
043ЯЯ
i С м !и t N tsub nlsub N variation correlated With diaIocatlon density Inundopedsemllnsutating LEC — GaAs. Jap. J. Appl. Phys. 1982, ч. 21, № 9, pL, 542 — 1 544. J. Matsumoto, Н. Watanabe. inhomogenelty 1и semllnsulatlng GaAs reealed by scanning leakage current measurements. Jàð. J. Appl. Phys. 1982, v. 21, ¹ 8, рЛ 515 — L517. 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 является повышение информативности способа за счет обеспечения возможности раздельной диагностики полуизолирующей подложки и переходной области (буферного слоя) между подложкой и зпитаксиальным слоем. Сущность изобретения заключается в создании прижимных металлических контактов к подложке и эпитаксиальному слою, освещении структуры оптическим излучением и измерении фототока, протекающего между омическими контактами, освещение структуры производят излучением с энергией квантов, меньшей ширины эапрещен„„Я „„1823036 А1 (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР (57) Сущность изобретения: освещают структуру оптическим излучением с энергией квантов меньше ширины запрещенной зонй в области примесной полосы поглощ ния. Измеряют фототок в темновом режиме и при освещении при прямом и обратном смещении. Рассчитывают отношение концентраций глубоких центров и свободных носителей заряда в подложке в буферном слое. 2 ил. ной зоны в области примеснбй полосы поглощения, измеряют зависимости тока между прижимными контактами 0Т приложенного внешнего напряжения в прямом и обратном направлении в темновом режиме и при освещении, определяют значения напряжения смещения и тока ОпР1, Опр2, 1тпр 1фпр1, 1тпр2 1фпр2 в прямом направлении и U06p1 1т)бр1, 1ф0бр1 в обРатном направлении, при которых фототок Сд определяется фотопроводимостью подлож- 01 ки и переходной области между подложкой и легированным слоем соответственно, и по формулам 1823036.));г)).л),)))iют от«о)це«ия ко«центраций vllgГт>;их це«тг>ов и свободных носителей заряNtRut) да в подложке,-- - — и переходной области ) 1)Rоt! т 1гь)) -, по которым производят разбраковку Nit )zf полупроводниковых структур. На фиг. 1 представлены схема измереI)èÿ (а) и э«ергетическая диаграмма полупроеод«иковой структуры с прижимными металлическими контактами (б), где 1 — эпитаксиаль«ый легированный слой, 2 — буферный слой, 3 — подложка, 4 — прижимные металлические контакты, 5, 6 — слои обьемного заряда в приконтактных областях. На фиг. 2 представлены прямая (a) (положительный потенциал на подложке) и обратная (б) ветви вольтамперной характеристики полупроводниковой структуры с прижимными металлическими контактами в темновом режиме (7) и (9) и при освещении (8) и (10) оптическим излучением в области полосы примесного поглощения (Fg > 11" > Еь где Š— энергия фотоионизации глубоких центров). Г1ри приложении к структуре с прижим«ыми металлическими контактами 4 внешнего напряжения U через нее будет протекать ток 1, величина которого определяется значением напряжения и сопротивлением областей 1, 2, 3, 5, 6 (фиг. 1б). Сопротивления Kftoзинейтральнblх областей 1. 3 в области напряженности эиектри5 ческого поля ниже критической, -3 10 В/см) мож«о считать не зависящим от поля. Сопротивления областей 2, 5 и 6 являются сложными функциями o; U, поскольку в них имеются энергетические барьеры для электронов, При достаточно больших площадях { - нескольких м ) можно добиться того. что г роль областей 5 и 6 в ограничении уровня тока ерез структуру будет мала. В этом случае можно записать: (3) R zuz +Rz где U2 — напряжение, приложенное к слою 2, При достаточно больших напряжениях смеще«ия прямая ветвь ВАХ вырождается в прямую линию с наклоном (4) где Ntsub -- концентрация свободных носителей заряда в подложке, При освещении оптическим излучением структуры происходит фотогенерация свободных носителей с глубоких уровней, что приводит к изменению сопротивления Яз: dU 1 1 зф тФ %.ць т%в„ь (5) Отсюда легко получить выражение для определения отношения концентрации глубоких центров к концентрации свободных носителей в подложке 15 1 1ЬОЬ = ádlü 1 tsub (6) 1т2обр выражается некоторой функцией f от пара1 1гьот метра, Причем, в силу указанных выtbuf ше причин, эта функцлля является монотонно возрастающей. То есть по вели50 чине отношения ф о р р можно оце1т2обр нивать качество буферного слоя по концентрации глубоких центров в буферном слое, Для проведения количественной оценки Ngbuf необходимо найти явный вид функции f путем построения градуировочного графика для структур с известной концентрацией глубоких центров. Способ 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 0о уменьшается (пробой). При ОПРЕДЕЛЕННЫХ ЗНаЧЕНИЯХ 0 - Огобр (фИГ. 26) влияние R2(Ut>) на вид ВАХ становится максимальным, При освещении структуры излу30 чением в области примесной полосы поглощения происходит увеличение тока за счет генерации фотоносителей в буферном слое, значение сопротивления которого oftРЕдЕляЕт тОк при U = Огобр. ПОСкОльку пО мере увеличения концентрации глубоких центров в буферном слое величина фотосигHBft8 1ф2обр 1тгобр возрастает, а концентрация свободных носителей заряда в буфЕрНОМ СЛОЕ ОПрЕдЕЛяЕт ЗНаЧЕНИЕ 1т2обр В 40 темновом режиме, то отношение 1823036 осуществляется 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 э1 1 контакты были расположены друг напротив друга, Затем к контактам прикладывают::нешнее электрическое поле и измеряют зависимости тока, протекающего м-ежду прижимными контактами, от приложенного внэшнего напряжения в прямом и обратном направлении в темновом режиме. „:1алее освещают полупроводниковую структуру в области прижимных контактов оптическим излучением с энергией квантов, большей энергии фотоиониэации глубоких L ентров, но меньшей ширины запрещен -й зоны полупроводника и измеряют вольтамперные характеристики структу1.: при освещении. Из гРафических зависимостей 1т,P = 1(Бор,обр) находят характерные значения напряжения СмЕщЕния и тсксв Опр1, Опр2 1тпр1. 1тпр2, Iфпр1, 1фор2 в пРЯмом напРавлении и Uo6p1 1тобр1, 1фобр в обратном направлении, при которых фототок определяется фотопроводимостью подложки и буферным слоем соответственно и по формулам (1) и (2) Nb» N bur определяют „„и, по которым npo sub buf изводят оценку качества подложки и эпитаксиального слоя и разбраковку полупроводниковых структур путем сравнения полученных значений с максимально 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 полуизолирую цей подложкой, включающий создание прижимных металлических ко,ттактов 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 A с я тем, что, с i,àëüþ повышения информативности способа за счет обеспечения раздельной диагностики 10 полуизолирующей подложки и переходной области между подложкой и эпитаксиальным слоем, используют контакты площадью порядка нескольких квадратных миллиметров, освещение структуры производят излу15 чением с энергией квантов, превышающей энергию ионизации глубоких центров, но меньшей ширины запрещенной эоны, зависимости тока между прижимными контактами от приложенного внешнего напряжения 20 измеряют как при прямом, так и при обратНоМ включении структуры как в темновом режиме, так и при освещении, при прямых напРЯжениЯх U< Inp2 . Inpl И Inp2 В тЕМНОтЕ И ПрИ ОСВЕЩЕНИИ Ф Ф соответственно, определяют величины токов Iof>p), 1обр1 в обРатном напРавлении в т ф темноте и при освещении соответственно, 30 при напряжении, когда фототок определяется фотопроводностью переходной области между подложкой и легированным слоем и по формулам 35 1 ).„» 1 Ф„1 Ф„ N sub 1 пр2 I пр1 N Ф 7 40 N buf 1 тобр1 определяю отношения концентраций глубоких центров и свободных носителей заряда в подложке N 45 области N bur/Nlb т, по которым производят разбраковку полупроводниковых структур. 1823036 hV, i u „u<, и,ю фиа < Фиг. 2 Составитель И.Бочарова Техред М.Моргентэл Корректор О.Густи Редактор Заказ 2181 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета Ilo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
