Способ выявления дефектов с повышенными токами утечки в полупроводниковых структурах

 

СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ С ПОВЬШЖННЫМИ ТОКАМИ УТЕЧКИ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ . СТРУКТУРАХ, основанный на электрохимическом декорировании дефектов путем приведения поверхностей полупроводниковой структуры СП- и р -слоями в контакт с электролитом , включении между полупроводниковой структурой и электролитом источника напряжения и визуальном выявлении дефектов, о т л и .ч а ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения неразрушающего выявления дефектов с повышенными токами утечки в полупроводниковых структурах, имеющих р-п-переход, параллельный плоскости полупроводниковой структуры, р-слой полупроводниковой структуры приводят в контакт с электролитом для анодного окисления, йлюсовой полюс источника напряжения соединяют с г -слоем, величину напряжения устанавливают меньшей напряже1шя пробоя р-П-перехода, но большей напряжения отсечки р -П-перехода, произво$ дят анодное окисление до прекращеkrt ния тока через полупроводниковую структуру, затем р -слой полупроводниковой структуры приводят в контакт с электролитом для электрохимического осаждения металла, прикладывают напряжение меяду электролитом и h-слоем полупроводниковой структуры , имекяцее величину натфяження отсечки р-П-перехода, но меньшую напряжения при анодном окислении, причем минусовый полюс источника напряжения соединяют с П -слоем полупроводсо се никовой структуры. « sl

союа советсних социАлистичесних

РеспуБлин (19) (П) 1j 4. Н 01 1 21/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3331486/18-25

{22) 17.08.81

{46) 23.11.85. Вюл.l) 43

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

))AM изоБР Т1-=ний v отнР Й (71) Ордена Ленина физико-.технический институт им.А.Ф.Иоффе (72) В.И.Андреев и О.В.Сулима (53) 621;382 (088.8) (56) Алферов Ж.И. и др. Исследование высоковольт)в)х $-))-переходов в СаАз и А1„Та » As методом регистрации тока индуцированного электрони ным зондом. Физика и техника полупРоводников,1970, И 4, с.1311-1315.

Ни Я.М. Cathodic mapping of leakade defects. J.Electrochim. Soc., 1977, 124, N 4, 578-582 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ВЬИВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ

С ПОВЬПИЕННЫМИ ТОКАМИ УТЕЧКИ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ. СТРУКТУРАХ, основанный на электрохимическом декорировании дефектов путем приведения, поверхностей полупроводниковой структуры с n — - и р --слоями в контакт с электролитом; включении между полупроводниковой структурой и электролитом источника напряжения и визуальном выявлении дефектов, о т л и.ч.а юшийся тем, что, с целью обеспечения неразрушающего выявления дефектов с повышенными токами утечки в полупроводниковых структурах, имеющих I) -п-переход, параллельный плоскости полупроводниковой структуры, Р-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 отсечки f -))-перехода, производят анодное окисление до прекращения тока через полупроводниковую структуру, затем ) -слой полупроводниковой структуры приводят в контакт с электролитом для электрохимического осаждения металла, прикладывают напряжение между электролитом и 1) -слоем полупроводниковой структуры, имеющее величину напряжения отсечки Р -1)-перехода, но меньшую напряжения при анодном окислении, причем минусовый полюс источника напряжения соединяют с )1 -слоем полупроводниковой структуры.

1010997

Изобретение относится к полупроводниковой, технике и может быть использовано для контроля полупроводниковых структур в процессе изготовления полупроводниковых приборов.

Известен способ выявления дефектов с повышенными токами утечки в полупроводниковых структурах, основанный на воздействии на поверхность структуры электронным зондом 10 в электронном микроскопе.

Недостатком этого способа является его непригодность для контроля дефектов структур с плоскими $ -Ь-переходами, расположенными на глуби- 15 не более 10 мкм от поверхности, Наиболее близким техническим решением является способ выявления дефектов с повышенными токами утечки в полупроводниковых структурах, 20 основанный на электрохимическом декорирования дефектов путем приве- . дения поверхности полупроводниковой структуры с п и р -слоями в контакт с электролитом, включении между 25 полупроводниковой структурой и электролитом источника напряжения, визуальном выявлении дефектов.

Недостатком этого способа является его разрушающий характер, обус- 50 ловленный трудностью удаления металла, осажденного на дефектах, а также тем, что осажденный металл увеличивает токи утечки через дефекты.

Цель изобретения — обеспечение неразрушающего выявления дефектов с повышенными токами утечки .в полупроводниковых структурах, имеющих

f>-t1-переход, параллельный плоскости полупроводниковой структуры.

Цель достигается тем, что в способе выявления дефектов с повышенными токами утечки в полупроводниковых структурах Р --слой полупроводниковой структуры приводят в контакт с электролитом для анодного окисления, плюсовой полюс источника напряжения соединяют с 0 --слоем, величину напряжения устанавливают меньшей напряжения пробоя P --lt-перехода, но большей напряжения отсечки Р -fl-перехода, производят анодное окисление до прекращения тока через полупроводниковую структуру, затем р -слой полупроводниковой структуры приводят в контакт с элект- ролитом для электрохимического осаждения металла, прикладывают напряжение между электролитом и -слоем полупроводниковой структуры, имеющее величину, большую напряжения отсечки р -П-перехода, но меньшую напряжения при анодном окислении, причем минусовой полюс источника напряжения соединяют с tl ""слоем полупроводниковой структуры„

На фиг.1-3 схематично показаны этапы осуществления способа. Схема содержит n --слой 1 полупроводниковой структуры, р --слой 2 полупроводниковой структуры, р -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 анодного 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 Р -П-перехода на торцы полупроводниковой структуры.

Затем полупроводниковую структуру со стороны р -слоя погружают в электролит 6 на глубину менее тол- щины структуры. Благодаря этому осуществляется контакт с электролитом 6 только р -слоя 2 и отсутствует контакт с электролитом 11 -слоя 1.

Электролит выбирают таким, чтобы при прохождении тока между структурой и электролитом на поверхности структуры образовался слой анодного окисла. Поскольку анодное окисление реализуется при приложении напряжения плюсом к структуре, для того, чтобы это напряжение одновременно смещало р -n-переход в обратном направлении, полупроводниковую структуру .погружают в электролит р -слоем, на котором и выращивают локальные пленки анодного окисла. Напряжение

0 прикладывают между электролитом 6 с помощью электрода 7 и h -слоем 1 с помощью электрода 8. Плюс прикладывается к Р -слою 1, а минус— к электролиту 6. Это обеспечивает смещение р --11-перехода в обратном

7 4 для электрохимического осаждения металлов, например в электролит для электрохимического осаждения цикеля. 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 окислении данной структуры.

Ограничение О.jI ъ 11ц определяетсн необходимостью обеспечения малого сопротивления р -1 -перехода для полу1 чения величины тока, необходимой для быстрого осаждения слоя металла. заданной толщины. Сопротивление же P -h-перехода уменьшается на .несколько порядков при увеличении напряжения от величины меньшей напряжения отсечки до -величины большей напряжения отсечки.

Ограничение Оп с 0ц обеспечивает стабильность пленки анодного окисла в процессе электрохимического осаждения металла, так как. пленка

3 . 101099 направлении, при котором ток через

Р-й-переход течет только в местах дефектов 4 с повышенной утечкой тока. Силовые линии тока показаны штриховыми линиями. 5

Приведем обозначения величин напряжений, используемых в описании:

0 — напряжение при анодном окислеЦ нии LI — напряжение при электрохим мическом осажцении металла, U„>- напря-1б жение пробоя р -Ь-перехода, .0 напряжение отсечки Р -11-перехода.

Напряжение Ц, прикладываемое к электродам 7 и 8, падает в основном нар-Ь-переходе в местах, 15 свободных от утечек. Для того, чтобы не происходило пробоя1- -перехода в процессе локального анодного окисления, величину напряжения на электродах 7 и 8 устанавлива- 2о ют меньшей, чем:налряжение пробоями„„

Р -11-перехода, Величина напряжения 5ц при анодном окислении определяет толщину слоя аиодного окисла, Для того, 25 чтобы при последующей операции

30 электрохимического осаждения Металла не происходило пробоя пленки анодного окисла, минимальное напряжение Ua должно быть больше напряжения.Ug используемого при осаждении металла. 0м устанавлйвается больше напряжения отсечки U поэтому 0С, устанавливается также больше, чем 11о

Я результате описанной вьппе операции вырастает локальная пленка анодного окисла 9 в местах утечек тока через Р -n-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 изоляцию мест утечек тока и устраняет влияние утечек тока на характеристикур-11-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 h менее толщины полупроводниковой структуры в электролит

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 р -ц-перехода.

Пример 1. Способ реализуют при исследовании структуры фотоэлемента на основе: гетероперехода 11 -арсенид галлия - P -твердый раствор в системе алюминий — галлий -мышьяк.

Суммарная толщина подложки из арсенида галлия и И -слоя арсенида галлия - 300 мкм, толщина р -слоя—

0,5 мкм; Напряжение пробоя в данной структуре Цп = 5,5-6 8 . Напряжение отсечки р -0-перехода в прямом направлении Uo= 1,4 В. Торцы структуры защищены лаком ХСЛ.

Локальное анодное окисление р-слоя проводят в электролите, состоя1010997 щем 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, Р -слоем вниз (фиг.2), на глубину 100 - 200 мкм.

Иежду платиновым электродам, паг- 10 руженным в электролит, и П -областью структуры прикладывают напряжение 4,5-5 В (плюс к структуре), . что приводит к образованию Hà Р -слое, локальных пленок анадного окисла 35 о толщиной 90-100 А в местах утечек тока p -n-перехода. Анодное окисление проводят да полного прекращения тока. Размеры окисленных участков варьируют от нескольких микрон до 20 нескольких десятков микрон. При толщинах порядка 100 А локальные участки пленки анаднога окисла такого малого размера. практически не различимы. Визуализация мест утечек осуще- >5 ствляется их декорированием слоем никеля. Для этого структуру погружают в электролит P -слоем вниз, как показано на фиг,З. Электролит состоит из смеси, г/л: сернокислый 30 никель N -6 0,170-75;. сернокислый натрий Ид 60! 40-50; барная кислота

Н ВОз .20-25; хларистый натрий

ЯаС1 5-10, вадородный 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 мкм в местах, не закрытых пленкой анодного окисла.

В результате операций анодного окисления и осаждения никеля обес- 45 печивается надежное декорирование мест утечек тока.

При изготовлении такаотводящих контактов к $- и и -областям структуры { контакт к р -области абеспе» 50 чивает слой никеля, осажденный в местах, свободных ат аиодной пленки) в вольт-ампернай характеристике

Р.-п-перехода не проявляется влияние утечек тока. 55

Пример 2. Данный способ реализуют при исследовании гетероструктуры с p --h-переходом в твердом растворе алюминий - галлий— мьппьяк. Отличия от примера 1 заключаются в величинах напряжения, используемога при анодном окислении и электракимическом осаждении металла. Напряжение отсечки цр = 2,0 В.

При значени напряжения {{а = 2,5 В толщина пченки анадного окисла составляет 40-60 А, чта также, как и в примере 1 обеспечивает изоляцию мест утечек тока при последующем электрохимическом осаждении металла, которое осуществляется при напряжении 2,2 В.

Таким образом, способ обеспечивает декариравание мест утечек и позволяет полностью исключить влияние этих утечек на характеристику p -h-перехада.

Способ может использоваться при изготовлении контактов к полупроводниковым структурам,. особенно к тонким слоям, где велика вероятность выхода Р -И-перехода на фронтальную поверхность и ега закорачивания при нанесении металла, Изоляция утечек тока в p -tT-переходах и изоляция мест выхода р -и-перехода на поверхность при помощи аноднаго окисла перед нанесением металла обеспечивают исключение влияния этих дефектов иа характеристики p -ll-переходов.

Таким образом, предлагаемым способам возможно не только исследование уТечек р -!1-переходов путем их декорирования, но и залечивание этих утечек с целью исключения их влияния на работу создаваемых приборов и увеличения процента выхода годных 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 20ЗОХ. При использовании же предлагаемого способа эта цифра увеличилась до 80-90Х.

1010997

Редактор А.Иванова Техред A.Яабинец

Корректор С.Черни

Подписное

Филиал ППП "Патент", r ° Ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 7039/4 Тираж 678

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .по делам изобретений и открытий

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