Способ определения типа проводимости слоев полупроводниковых структур
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТП11А {)Р,ОЛИ/МОСТИ СЛОЕВ ПОЛУПРОНонцентрации HF, % § §% gr ВОД И {КОВЫ.Х СУГРУКТУР, нк.иочаюиип фор.1 роваиис скоса, обработкч иошмтхиости скоса г с.меси на основе ii.4aBHKOiu)ii кисл1)ты и В11з -алы:ук) оценку об 1абита1пк)й нове|1хиостн . отличаюниипя тем. что. с це.чыо рас И ирсн11я фу11КЦ н на,1ьных возможностей, обработку поверхности скоса ведут в режиме электронолироваипя при плотности тока 120--150 . в течен1 е 30-60 с при следуюн1ел соотион1ении комионеитов смеси. мол.% : n.iaiiHKoiiav кис.юта2.5-5 ВодаОста.чьиое а Т1П1 проводимости оиреде.чяют из соотношения .1ииейных размеров обра.ювавишхси ямок, ирнче.м меньнше размеры ямок соответствуют с.юнмр-гииа. а больн1ие п-тина. о ,W w по м wo ./zA Ж1 160
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 343<1.197,, 18-21 (22 06.05.82 (-16) 30.09.83 hiu,i. № 36 (72) В. E I. 1Иаоанов и В. Г. Шенгуров (71) 1 орьковский исследовательский физико-технический и(>ститут при Горьковском го. су.(арс!веннох! университете им. Н. И.. 1обаи(> В С i(01 0 (53) 621.382.2 (088.8) (56) 1,;lабутин Н. И., Парамонова В. H., E E0ëÿê0iç B. П. Электрох((мические мето (ы к )!ITp0 IH в T(. Иозогии сОздания ЬИ( (.-)л(.ктроина)! Iip0 11>IIIIленность», 1980, ¹ 6, >
>< .
2. х.)онг!3(1) о! Applied Рп) sics», 1956,,01 27 ¹ 5, р. 550. :)-1) (>7) СПОСОБ 0111)ЕДЕ. (ЕНИЯ 1 И11Л ! EE>()i>(),7ÈÌÎÑTE:E СЛОЕВ ПО.,7;)(ПРО„„Я0„„1045313 з(я) П 01 L 216(6 01 К 1 6
8071!(EKOBhEX (. ГРХ 1Х!Х Р, ffh.!к>ч;!к>!Иий фОр.<11 рова1111(. ко«1, Обр
СКОС(1 1> < )1Еell 11
В ИЗ «1 i>t! 10 01((. И К С 0()P!3()0TР »в
Н 0(. Т И, О т. 1! < (> !О (! (! (! (. Т (М . IT(), С i t. . I I > 10 P < I (И!ИР Iili)1 4) > II!(111<ОН;I, lI>I! 1>IX !3ОЗХ!ОЖНОСТС!1, (Н)р<>бйт:» I!of)cpxIIo(Tli скйса элект;)ополирования ири плотности тока
120 — -150 мЛ, см - в течение 30 — 60 с при еле<(> IO!l(e. <1 (ООТI!0(lit I!ИИ КОМИОН(1!TO!3 СМЕСИ.
Х(0 )(< .
11, id (3 t!h(! Iя ни(. 10 Г
H(:((f3 ОСГ(!ГН НО( д T i! I l I I P0!3()(ii)10(I I I Он Р(.((Х I)110T И.> (ОО Г 110И>сlt t!)I, ill!it. li Ill>i !), 331(РОВ (Н) Г)013
I3eT(T I3 \ i0T (х 1 О и >1 1) — 1 i! I I 1, 1 i) 0, 1! >11111(< 11- I I I fl <1
j O-)53 J 3
Изобрс c Hftc «THO! Ii i ся K э, }сктрОи:3хlсрс1!ИЯМ, с1 JI Ч< !IН«К С!IОСО«сlч ОHJ)СД(Х !CНИЯ 1 I!—
30(3 llP«f>«;} Jl 31 0< Ò1l НО, I CHJ)013«(I HH HOB, li МОже1 найти применение 1!ри определении 13.
KHY НажпЫХ П
r«, Ill(;fHi, И Тии !!РОВ«ДИМОСТИ СЛОЕВ Б fi .)OИЗ!
3«лс I B(полупроводнико}3ых приборов.
Ил})ССТ»H с(ц>соб элсктрохимичесK«I «окJ)c! П! И!)с}Н!!Я СКО(сl ПО.(УIIPOH« 1HHKOBOH С ПЧК.Гуры, Бкл}очаю}ций формирование ск()са Н«10 ,}упрон«дниковой стрхктуры под небольшим уll l«31 (1 5=), элсктрохимичсскук1 обработку и(Бсрхн(>сти скоса до образования видимой окиси«й пленки, Бил) альнос Опрстсл Hft( т!IHc! ИР«13«ДИЧОСТИ ЦИ тHhlX СЛОЕВ ПУтСЧ СРЯБ(5 н»Hlt 51 ИХ 1(БС1 ОБ с ЭТci.l «HH hlXI H (1
Недо»та гко м }1 3 fl H«I способа является
«I J>си П1ЧСHJI(IIO 1 О. I!H I I H! С;IOC(3 II P II Bhl)1!3, I»пни х(ног«с.«>й!Н>й структуры, olcð5KLIBL(и (ис. 1« сг(«св б01(c, Lt)x х. Эт« СВЯЗян«, 1 ft()«с
IlJ7000CХ! «(Н«ГО «3 1)- П П(>PCX«;L«13 И М СIОНН(Х с>0 ся Б 3}пог«слойно}! структуре (20-30 H), либо с образ(н)2}исч инвер(чюгÎ слоя на поверхности структуры, если об.ьсмняя концен.гра-! (ня;ц>норов Б слое ниже, чем 1 ) см .
И 3 Б (с т н ы Й с н 0 с 0 0 н р и х l с н и х д, 1 5! o (l p c . I <. I(. ll Jl51 1 (Hie! IIP«130,}им«сто! Il т«л(пины c. Ioc B Б
СТРХ КТ>Рс!. П П fl )) }1 THHd И «ГРЯД!ИЧ(Н« IIPl5
МЕНИМ ПРИ ИССЛСДОБЯНИИ МИОГОС I«HH(>IX с р) !(! х J).
1 1 я и б «, l!. < . «, 1 и 3 к и м H «J x H H H c с к «й с x I H H o cТи K ПР(Л,1 сl I сIСМОМ 5113 151(ТСЯ < ГIОС«() «HP(>Де ,1(ПИ 51 1 H f12 НРОБО, (И МОСТИ СЛОСБ ll«,1ЧНР«130Дзо пик«вь(х <"I РУt(T) P H) тем Yllxi f1 I»cK«I «KJ)dIHH Bc! 3 Hi! (,10C .Б, ВКЛ IО Чаю и(И Й (!)Oj) vill j)0132 HJI0 скоса, Обработку поверхности скоса B смеси
H, I 3 HfI }<0()0É It азотной ки<11«T Б Tc КМ Tf«lct ПРО}3«ДИ >1«СТИ С.(0(В П«СТЕПЕНИ ИХ Hol смнсния (2) . Однако такой способ позволяет исстсдоБ и ь только структуры, содержа(дне с.}ои р-тш(а, улельнос сопротивление которых лсО,1 - -0,25 Ом>ссм. 4О (:труктуры, содержащие области р-типа с \, Lc,1h1}hJми сопРО и(3.(сни)1м fl, IIP»Bhfllldl«li}Hми указанные, данным методом выя<зить труднее, поскольку в этом случае сл<>и р-типа темнеют ху)кс и <>тличить Jix от слоев и-тина становится труднее. Кроме того, рсзу,ihTBT выявления слоев в большей степени зави JIT от способа Hpllготовления раста«ра, который "ðåáó, åò сильного разбавления. Б частности, составлени< . травителя с добавлением от 2;Lo 0,1 ><> Н)Х)03 к концентрированной НГ трудно осуп(ествимо, а избыточное количество НК)О. не дает необходимого потемнения р-области структуры. Цель изобретения -- расширение функциональных возможностей. Г1оста}3,7»н}!35} пель достигается гем, что согласно способ(определения типа Ip«B«димости c,l«c}3 иог!Мllf)«B«JHIIK«13hlx »ТР<3 ктЧР включ310}öcìó формир«ванне скоса, «ораб<и К > ll«BCpXHÎ(. СКОСЯ В <. Х! ЕС II !f3 «Си«! (I!, I ctвиковой кислоты и Бизуа,}ьную (н!В}!}(3 обря б(панной поверхности, обраб«тку п«верх}юс ти скоса ведут в режим(электрон«.(ирования при плопюсти тока 120 — 150 ..Л сч в течение 30 60 с при следукнцсм <ч>от ии!Спин компонентов, мол."(>. Пг(авиковая KHC 7«Tc} 2,5>-5 Вода Остальное а тип проводимости «HpeJcляк>т из сооr}«>ше}!ия линейных размеров образованшихс „ ямок, причем меньшие размеры ячок соотв»1ствуloT слоям р-типы, 3 большие п-типа. На фиг. 1 приведена диаграмма, показыБаюшая ограничения Бремени травления. П.10 НОСТИ ТОК3 И K«HI. C .HTPBLiHit ПЛЯ <3ИКОВОИ кислоты lip« рса,тизации изобр(тенин; ня фи! . 2 микр«фоп>графия ск<)ся эпитаксиальш)й структуры р -и-и тина; на фи(., 3 микрофотографии ячок травления для плясТИН С Pcldсl ИЧ НЬ! Х! ТИП()X! !1Р«БО, (ИХ}«СТИ И разны)! удсльиым с«противлснисхь На фиг. 1 о(п>значсно: область 1 ф«рчиP0133Hlf5I КОРИЧНС(3«й H. ICHf(JI Hci H<)f3C. ХНОСТИ скоса, которая не позволяет наблк.(ать я..}ки, 00,(ас 1 Ь 2 H IIT7H HI «!301 «T >ci B, I<. H, 151 110верхности кр< мниеB«l о скосd, J3K)H}c I в р»зультатс нсровнуl« повсрхш>сть, }т«:3ятр) (— няст на().lþäåíèñ яxIOK, облястI> 3, алых Раз МЕРОВ ЯХ!<7К, КОTОРЬ}С ТР),L}I«PciСII«ЗH2 I Ь l1O:I 3JHK00E К«ПОМ, ОО. I ciC1 1, 4 1) 23. J li× Í ÛX разчерам ямок травления, область 5 сил},НОГО РЯСТРсlВЛИБ2НИ5! ЯЪ}ОК .J«их l33cil .3}ff«2: IIC. Г)СК«l>ITИ51, ЧТО Н(II«ЗВО.(51(T ВЫ ЯH!iТI> il г!инсйнь!с раз "
Отличие в линейных )723x!c))2x»xl«1. тр:! B— ления Н3 полуlip«B«,LíèK«Bûx с!Оях г<— р-типа нр«Б«лим«сl и СВязЯH« (и 3.!I«II:,, х}еханизчом их образования. Пр« 3. !Klp. ческом травлении полупроводника и-г}:::: вблизи:.(еф I Пробой, носящий лавинный: арактср, Ци Рмст Кj) 3 J KOHPC 31 H HO(1 P c} I3. IC}I ft» i«, 13 ", > вод}}икового материя !3 в«кр> I! (1><ч(!
ИОС.}(н<)об«5! СX« I Hc! 57 110,". Il<>ОБЯН;! сIЯ I >H! "Y ность п>крывяегся я !качи. ,)Л51 РсаЛИЗаЦИИ СП<>с«ба Hct .:l ОГ«СЛ«ИФ HhIX CTPX KTX P3X ТИИЯ P B-П (ПО!.1«жf>c! )(,3.(31 — -0,005 ) и и+-р-р+ 1 подл Ож к;} Jx. 11> 0,005) с х лельны)1 и «H р(> Ги ВГIСH II3 3(и с, «>! и- и р-типа В диапазон(0,005 10 О>м с.: минимальной толщин«й сл«е« 0,5 .;IK)i, и, (— ченных суоличацией кремния В ваку )tc,;!3Н0Т3Н lH133iOT СKO! hl пол "I,I«X(1 . 32T») <.Тр) >; <РУ ПРИ К,!С И Ва IОТ СО СТОРОНЫ П«;},, 10>К (;1! кварцевой пластине и вертикалши) п«мс(L;2 Ют В Э>1ЕКТРОТИТИЧЕСКУЮ ЯЧЕЙКУ ДЛЯ ООРа()0: КИ, I}OJК1К)ЧИВ HPI} ЭТ«М К ЯНОДМ БСРХНИЙ ЭП! . Т 2 К С И Я;! Ь H bl и С l О й, 2 К K 3 1 « I 3 — I, (;! 1 И ! < Бую пластину. Б ка }ес В(электр< lil 2 пользуi«T с<>ста Б: 111 — ) )3 (!. (.:i i H«ii!»H!3<. 1045318, - - . . ... .,:.".- ." л ; м . ы;" . ..-. ъ .. (".,"-, . ....а . ° .". : .:.".; ."-:::. : "., Ф ф;::::.; ; i .. . - :, . - . - ?:: .:: i 1 :: " .:;. " . - . . а-; ".Il .:. : ь . % ."; е ь; ° ..:.:. % ."- ; 1 "--, ..: " . .., . ° .. ..: ° .. . (".," : ° .-: .. . ° :. . Ф .."..,.(1)(г., . ъ г ° (. . . 1; ° ° . : 1 \ г -:: Ь" ."" . " - - : - " ""::::- Ф"-: . -..„: ю. ц ."...ф ;. . ° ° П-Па::, ;-::-: .:- Ъ". ф- :;:-. ... -. .;, ;::.ф:;:. .."г .-... :"- -::::::-© -.--.с ;.,::. . .;; .ф .; .;:,:jj.,. Ф:,. .ф;:. :.;..-:- :;. - ;ъ ."." -. . -:- =:::-= -а .- - : - 4 " ФЫР компонент в составе варьируют таким образом: HF 1 — 6 мол.%. Время травления 20— 80 с, j 1 10 — 170 м А/с м . Как видно из приведенной диаграммы, в зависимости от времени травления при выявлении ямок травления наблюдаются следующие ограничения. При малой длительности обработки ((30 с) ямки не успевают растравиться до такой степени, чтобы Нх можно было ясно наблюдать. При большей длительности обработки ()60 с) ямки растравливаются настолько сильно, что при их большой плотности ()1О см ) они начинают перекрывать друг друга. При малых концентрациях HF ((2,5 мол.%) поверхность скоса JlpH электрохимическом травлении покрывается коричневой пленкой. При больших плотностях HF () 5 мол.%) электрохимическая обработка дает ячеистую поверхность. При плотностях тока j(120 мА/ем наблюдается неровная поверхность, обусловленная питтинговым травлением, а при j ) 150 мА/ем — поверхность ячеистая (ступенчатое травление) . На микрофотографии (фиг. 2) показан скос эпитаксиальной кремниевой структуры p -n -n -типа (подложки КЭМ вЂ” 0,005) после электрохимической обработки его в элекгролите состава HF: Н О = 50: 250 при длительности травления 40 с. Как видно из фотографии, ямки на поверхности скоса раз.шчны Ilo линейным размерам, которые ()Tносятся как 1:5. Для установления соотношения между тнllом проводимо Tи кремния и рызмсрамп ямок трав,)ения берут пластины монокристаллического кремния, тпп проводимости и удельное сопротивление которых опрсдсляк1т по эффекту Холла. Выбирают пластины оАоНх типов проводимости с дельным сопротивлением 0,005 10 Ом см и подвергают их 10 электрохимичсской обработке в электролите указанного составы. Послс этого пов«рxность пластины, подвергнутую электрохпмпческой обработке, исслсдуloT под микроскопом. Как ви.LHO пз их «nal)HHIIH» (фиг. 8), 15 р-типов существенно отличаются 130 всем диапазоне удсльнь)х сollpoTHL3, 13 HHÿ (0,005 I0 Омхсм). Таким образом, изобретение рыспп(рясl 20 функциональные возможности (пособы, Iloскольку концентрации кислот Е3 электр()лHT(., в котором проводится элсктрохпмичсскыя ()бработка поверхности скосы, H(критичны тип проводимости слоев, определяем ый Ilo различию лин HHblx размеров ямок травл(ния, опредсля T()I;L, 1)3 (тр кт3 р, содсржыLLIHx слои с широким диапазоном удсльпп1 сопротивления (0,005-- -10 Ом см), т.с. таких, которые обычно используются в эпитыкспальных структурах. 1 ,ь 1 едок I ор (. I 1е iilpi 3а ка" 7560, 5г k.:, k k:kkkk: е.:н . 1 Кнр н.н ;ре,, I I 11 Ix, I ернл, I 3 I I;).kk .. ВНИИ11И Госкларственного .kkмитета . . .ПР но делам изобретений и о-: Kpi. ikikk 113035, Москва. Ж -35, Раугнская kk;:6., Филиал Г1Г1П «Патент», г У кгород. ул. 1;роек-i,—
