Способ выявления дефектов в полевых транзисторах Шоттки, изготовленных на полупроводниковых материалах AB Российский патент 2023 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к технологии изготовления полевых транзисторов Шоттки и МИС СВЧ на их основе, и может быть использовано для оперативного выявления локальных микродефектов.

Известны способы выявления скрытых дефектов в полевых транзисторах на основе неразрушающего контроля диагностических параметров по параметрам токовых характеристик [1 - Горлов М.И., Сергеев В.А. Современные диагностические методы контроля качества и надежности полупроводниковых изделий. 2-е изд. - Ульяновск: УлГТУ, 2015. стр. 54 - 82.]. В частности, контроль токов контактного узла и контроль токов утечки, в которых влияние ряда возможных внутренних дефектов является наибольшим. Недостатком этих способов является то, что они свидетельствуют о наличии микродефектов, но не позволяют оперативно и наглядно выявлять поврежденные затворы транзисторов Шоттки, особенно в монолитных интегральных схемах (МИС) СВЧ на основе полупроводниковых материалов A^IIIB^V с большим количеством ячеек.

Способ выявления скрытых дефектов в полевых транзисторах на основе контроля токов контактного узла направлен на выявление коротких замыканий и обрывов, причиной появления которых являются: некачественная адгезия, недовскрытие контактных окон [2 - РД 11 0682-89. Микросхемы интегральные. Методы неразрушающего контроля диагностических параметров. - Москва, 1985]. При этом контроль производится путем измерения тока, протекающего через каждый вывод МИС при заданном значении напряжения.

Недостатками данного способа являются: отсутствие наглядности и невысокая достоверность выявления поврежденных затворов транзисторов Шоттки, сложность оперативного определения координат дефектной области, необходимость постоянного переоснащения под геометрию и расположение контрольных выводов МИС определенного типа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению, является способ выявления микродефектов на основе контроля токов утечки, взятый за прототип [2].

Способ-прототип заключается в том, что наличие или отсутствие микродефекта в затворе или в подзатворной области транзистора определяется путем измерения элементарного остаточного тока (тока утечки), протекающего через сток-исток, при напряжении затвор - исток соответствующим отсечке.

По своей сущности, способ направлен на выявление некачественно выполненных внутренних соединений элементов (некачественно вскрытые окна, некачественная адгезия), их отсутствие или повреждение.

Недостатками данного способа являются:

- необходимость определения оптимальных критериев отбраковки посредством формирования обширной представительной выборки;

- наличие единственного диагностического параметра;

- необходимость использования оптической или растровой микроскопии для определения координат дефектной области, что является затратным по времени, особенно в структурах с десятками секций транзисторов;

- низкая достоверность результатов, в случае если ширина активной области транзистора существенно превышает область локализации дефекта, а величина контролируемого остаточного тока изменяется незначительно, относительно значений, полученных на основе представительной выборки и принятых в качестве допустимых.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является оперативное определение координат дефектной области в структуре транзистора.

Для решения указанной технической проблемы предлагается способ выявления дефектов в полевых транзисторах Шоттки, изготовленных на полупроводниковых материалах A^IIIB^V, при котором исследуемый полевой транзистор размещается в фокусе цифрового микроскопа, устанавливается номинальное значение напряжения сток - исток, устанавливается равное или превышающее по модулю напряжение отсечки напряжения затвор - исток, обеспечивающее минимальный остаточный ток стока, фиксируется полученное значение остаточного тока.

Согласно изобретению, при помощи цифрового микроскопа на активной области полевого транзистора выявляют и локализуют (при наличии) зоны устойчивой электролюминесценции, вызванной повышенной плотностью тока в связи с наличием микродефекта в затворе или в подзатворной области.

Существо предлагаемого способа состоит в использовании эффекта электролюминесценции для оперативного выявления в активной области транзистора места с повышенной плотностью тока, в связи с наличием микродефекта в затворе или подзатворной области, и повышении достоверности оценки надежности транзистора.

Технический результат предлагаемого способа выявления дефектов в полевых транзисторах Шоттки, изготовленных на полупроводниковых материалах A^IIIB^V, заключается в сокращении времени выявления дефектов и повышении достоверности поиска дефектной области, благодаря ее визуальной подсветке.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующими фигурами: на фиг. 1 продемонстрированы аномальные зоны устойчивой электролюминесценции в активной области транзистора Шоттки, выявленные с помощью недорогого цифрового USB - микроскопа, работающего в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах; на фиг. 2 продемонстрированы дефекты в локализованной области устойчивой электролюминесценции рассматриваемого транзистора Шоттки, выявленные с помощью металлографического микроскопа «ЛОМО ММН-2»; на фиг. 3 продемонстрированы дефекты в локализованной области устойчивой электролюминесценции рассматриваемого транзистора Шоттки, выявленные с помощью сканирующего электронного микроскопа «Auriga CrossBeam».

При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность операций:

1) исследуемый полевой транзистор размещается в фокусе цифрового микроскопа, подключенного к ПЭВМ, работающего в видимом и ближнем инфракрасном (λ=0,4-1,4 мкм) диапазонах. С помощью программного обеспечения, из комплекта цифрового микроскопа, устанавливают параметры необходимые для получения наилучших результатов микросъемки и отображения;

2) на исследуемом полевом транзисторе устанавливают следующий режим по постоянному току: напряжение сток-исток - номинальное значение; напряжение затвор-исток - значение, равное или превышающее по модулю напряжение отсечки, обеспечивающее минимальный остаточный ток стока;

3) фиксируют полученное значение остаточного тока;

4) с помощью цифрового микроскопа, в соответствии с изобретением, на активной области полевого транзистора выявляют и локализуют (при наличии) места устойчивой электролюминесценции, вызванной повышенной плотностью тока в связи с наличием микродефекта в затворе или подзатворной области.

Способ применим для обоснования корректировки технологического процесса изготовления полевых транзисторов Шоттки в том числе, если:

- природа дефектов в затворе или подзатворной области транзисторов вызвана несовершенством технологического процесса изготовления МИС, в частности при промежуточной обратной литографии (lift-off), когда лишний металл с поверхности полупроводника удаляется совместно с затвором или наоборот - металл между омическими контактами не полностью удаляется, что приводит к короткому замыканию;

- имеют место нарушения на этапе создания межсоединений при диэлектрической пассивации и сухом травлении контактных окон.

На фигуре 1 стрелками 1-3 представлены визуально выявленные аномальные зоны устойчивой электролюминесценции в активной области транзистора Шоттки, свидетельствующие о наличии микродефектов в конкретных затворах гребенчатой структуры. При этом значение тока утечки на десять процентов выше допустимого, что также подтверждает наличие дефектов. Детальный анализ топологии в локализованной области с применением оптической и растровой электронной микроскопии (фигуры 2, 3) выявляет сущность обнаруженных микродефектов. Стрелка 4 указывает на отсутствие электролюминесценции в приграничной области и свидетельствует об отсутствии дефектов в соседнем затворе.

На фигуре 2 представлены выявленные дефекты в локализованной области устойчивой электролюминесценции транзистора Шоттки. Стрелки 1-3 указывают на нарушение целостности трех затворов (пальцев), что является дефектом и влечет повышение плотности тока в канале. Стрелка 4 указывает на целостность соседнего затвора, демонстрирует отсутствие явных повреждений в сопряженной области и являет пример правильного изготовления.

На фигуре 3 детально представлены выявленные дефекты. Высокое разрешение обеспечивает возможность установления причин их образования. Стрелки 1, 2 указывают на обнаженные участки подзатворных канавок вследствие разрыва электродов затворов. Стрелка 3 демонстрирует фрагмент поврежденного электрода затвора в области обрыва.

Предлагаемый способ обеспечивает сокращение времени выявления дефектов и позволяет осуществить корректировку технологического процесса в сжатые сроки, что повышает производительность и обеспечивает гибкость производства. Это особенно актуально, когда один и тот же дефект выявляется в конкретной затворной области у n-го количества транзисторов МИС при изготовлении крупных партий.

Предлагаемый способ выявления дефектов выгодно отличается простотой, наглядностью, достоверностью и не нуждается в сложном дорогостоящем оборудовании.

Применение предлагаемого способа позволяет также визуально фиксировать развитие процесса деградации затворов транзисторов Шоттки и МИС СВЧ на их основе при исследованиях с целью определения предельных рабочих режимов.

Способ повышает информативность тестирования и позволяет уменьшить число контрольных операций при разбраковке.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для оперативного выявления локальных микродефектов в полевых транзисторах Шоттки и ИС СВЧ на их основе, изготовленных на полупроводниковых материалах A^IIIB^V. Способ включает размещение исследуемого полевого транзистора в фокусе цифрового микроскопа, работающего в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, подключенного к ПЭВМ. На исследуемом полевом транзисторе устанавливают следующий режим по постоянному току: напряжение сток-исток - номинальное значение; напряжение затвор-исток - значение, равное или превышающее по модулю напряжение отсечки, обеспечивающее минимальный остаточный ток стока. Фиксируют полученное значение остаточного тока. С помощью цифрового микроскопа, в соответствии с изобретением, на активной области полевого транзистора, используя эффект электролюминесценции, благодаря свечению активных областей затворов выявляют и локализуют места с повышенной плотностью тока в связи с наличием микродефекта. Изобретение обеспечивает сокращение времени выявления дефектов и повышение достоверности поиска дефектной области, благодаря ее визуальной подсветке. 3 ил.

Способ выявления дефектов в полевых транзисторах Шоттки, изготовленных на полупроводниковых материалах A^IIIB^V, при котором исследуемый полевой транзистор размещают в фокусе цифрового микроскопа, устанавливают номинальное значение напряжения сток-исток, устанавливают равное или превышающее по модулю напряжение отсечки напряжения затвор-исток, обеспечивающее минимальный остаточный ток стока, фиксируют полученное значение остаточного тока, отличающийся тем, что при помощи цифрового микроскопа на активной области полевого транзистора выявляют и локализуют зоны устойчивой электролюминесценции, вызванной повышенной плотностью тока в связи с наличием микродефекта в затворе или в подзатворной области.