Способ выявления дефектов с повышенными токами утечки в полупроводниковых структурах Советский патент 1985 года по МПК H01L21/66 

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

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

Недостатком этого способа является его непригодность для контроля дефектов структур с плоскими р-П-переходами, расположенными на глуби- не более 10 мкм от поверхности.

Наиболее близким техническим решением является способ выявления дефектов с повьшенными токами утечки в полупроводниковых структурах, основанньй на электрохимическом . декорирования дефектов путем призедения поверхности полупроводниковой структуры с п и р -слоями в контакт с электролитом, включении межд полупроводниковой структурой и электролитом источника напряжения, визуальном выявлении дефектов.

Недостатком этого способа является егоразрушающий характер, обус 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 повьшенными токами утечки в полупроводниковых структурах, имеющих р-П-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 П -слоем, величину напряжения устанавливают меньшей напряжения пробоя р -п-перехрда, но большей напряжения отсечки р -П-перехода, производят анодное окисление до прекращения тока через полупроводниковую структуру, затем р -слой полупроводниковой структуры приводят в контакт с электролитом для электрохимического осаждения металла, прикладывают напряжение между электролитом и п -слоем полупроводниковой структуры, имеющее величину, большую напряжения отсечки р -П-перехрда, но меньшую напряжения при анодном окислении, причем минусовой полюс источника напряжения соединяют с Ц -слоем полупроводниковой структуры,,

На фиг.1-3 схематично показаны этапы осуществления способа.

Схема содержит п -слой 1 полупроводниково структуры, р -слой 2 полупроводниковой структуры, р -п-переход 3, дефект 4 с повьшенной 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 II.

Способ осуществляют следующим образом.

Сначала все торцовые поверхности полупроводниковой структуры защищают изолирующим покрытием 5 (показана защита только двух торцов полупроводниковой структуры). ИзолиIрующее покрытие наносят для защи ты мест выхода р-П-перехода на торцы полупроводниковой структуры.

Затем полупроводниковую структуру со стороны р-слоя погружают в электролит 6 на глубину менее толщины структуры. Благодаря этому осуществляется контакт с электролитом только р -слоя 2 и отсутствует контакт с электролитом П -слоя 1. Электролит выбирают таким, чтобы при прохождении тока между структурой и электролитом на поверхности структуры образовался слой анодного окисла. Поскольку анодное окислекие реализуется при приложении напряжения плюсом к структуре, для того, чтобы это напряжение одновременно смещало р -п-переход в обратном направлении, полупроводниковую структуру .погружают в электролит р -слоем, на котором и выращивают локальные пленки анодного окисла. Напряжение Uq прикладывают между электролитом 6с помощью электрода 7 и h/ слоем 1 с помощью электрода 8„ Плюс прикладывается к П -слою 1, а минус к электролиту 6. Это обеспечивает р -П-перехода в обратном направлении, при котором ток через п«.{(-переход течет только в местах дефектов 4 с повышенной утечкой тока. Силовые линии тока показаны штриховыми линиями. Приведем обозначения величин нап жений, используемых в описании: Up - напряжение при анодном окислении, UM напряжение при электрохимическом осалздении металла,и„р-.напр жение пробоя р -П-перехода, UQ- напряжение отсечки р-h-перехода. Напряжение U , прикладываемое к электродам 7 и 8, падает в основном нар-Г)-переходе в местах, свободных от утечек. Для того, чтобы не происходило пробоя р- г-перехода в процессе локального анодного окисления, величину напряжения ио на электродах 7 и 8 устанавливают- меньшей, чем напряжение пробояи р -П-перехода. Величина напряжения И при анодном окислении определяет толпщну слоя анодного окисла. Для того, чтобы при по следующей операции электрохимического осаждения металла, не происходило пробоя пленки анодного окисла, минимальное напряжение иа должно быть больше напряжения . Uvi используемого при осаж дении металла. Од, устанавливается больше напряжения отсечки U о. , поэтому Up устанавливается также больше, чем Ug . В результате описанной вьшхе операции вырастает локальная пленка анодного окисла 9 в местах утечек тока через р -п-переход. Причем за счет растекания тока, по р -слою пло щадь пленки анодного окисла несколь ко больше площади мест утечек тока, что является положительным фактором обеспечивающим залечивание мест уте .чек тока пленкой анодного окисла. Анодное окисление проводится до пол ного прекращения тока, что обеспечивает полную ИЗОЛЯЦИЙ мест утечек тока и устраняет влияние утечек тока на характеристикур-п-перехор(а. Следующей операцией является электрохимическое осаждение металла в места, свободные от анодного окис ла. Для этого структуру С;локальными пленками анодного окисла на р-слое погружают со стороны р -слоя на глубину h менее толщины полупроводниковой структуры в электролит . 7 для электрохимического осаждения металлов, например в электролит для электрохимического осаждения цикеля. Осаждение металла осуществляют при приложении минуса к п -слою структур), а величину U м этого напряжения устанавливают больше напряжения огсечки.иоР п-перехода, но меиь1 11 . 1 ше величины . напряжения и г использёванного при анодном акислении данной структуры. Ограничение U« (J а определяется необходимостью обеспечения малого сопротивления p-fr-перехода для полу1чения величины тока, необходимой для быстрого осаждения слоя метал- ла заданной толщины. Сопротивление же Р -h-перехода уменьшается на .несколько порядков при увеличении напряжения от величины меньшей иапряже- ния отсечки до величины большей напряжения отсечки. Ограничение l)f,Ua обеспечивает стабильность пленки анодного окисла в процессе электрохимического осаждения металла, так как.пленка анодного окисла выдерживает напряжение только меньше того напряжения, при котором эта пленка получалась . в процессе анодного о сисления. В результате данной операции металл осаждается только в местах, свободных от анодного окисла, что обеспечивает надежное декорирование мест утечек тока, так как свободные от участки поверхности указывают на места утечек тока. При этом, поскольку металл осаждается только в местах полупроводниковой структуры, в которых нет уте-чек тока, обеспечивается исключение влияния утечек тока на характеристику р -П-перехода. Пример 1. Способ реализуют при исследовании структуры фотоэлемента на основе гетероперехода п -арсенид галлия - р -твердый раствор в системе алюминий - галлий -мышьяк. Суммарная толщина подложки из арсенида галлия и п -слоя арсенида галлия - 300 мкм, толщина р -слоя - . 0,5 MKMi Напряжение пробоя в данной структуре {jj,p 5,5-6 В. Напряжение отсечки р -tt-перехода в прямом направлении 1) 1,4 В. Торцы структуры защищены лаком ХСЛ. Локальное анодное окисление р-слоя проводят в электролите, состоя-

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.

Между платиновым электродом, погруженным в электролит, и П -областью структуры прикладывают напряжение 4,5-5 В (плюс к структуре), что приводит к образованию на р -сло локалыдах пленокj анодного окисла толщиной 90-100 А в местах утечек тока р -п-перехода. Анодное окисление проводят до полного прекращения тока. Размеры окисленных участков варьируют от нескольких микрон до нескольких десятков микрон. При толщинах порядка 100 А локальные участки пленки анодного окисла такого малого размера практически не различкмы. Визуализация мест утечек осуще ствляется их декорированием слоем никеля. Для этого структуру погружают в электролит р -слоем вниз, как показано на фиг.З. Электролит состоит из смеси, г/л: сернокислый никель NiS0 70-75; сернокислый натрий 40-50} борная кислота HjBO .20-25; хлористый натрий NaCl 5-10, водородный показатель рН 5,5-5,8. Между никелевым электродом, погруженным в электролит, и структурой прикладывают напряжение 4 В (минус к структуре), что при В№держке структуры в электролите в течение 2-3 мин приводит к осаждению слоя никеля толщиной 0,5 - 1 мкм в местах, не закрытых пленкой анодного окисла.

В результате операций анодного окисления и осаяздения никеля обеспечивается надежное декорирование мест утечек тока.

При изготовлении токоотводящих контактов к р- ип -областям структуры контакт к р -области обеспечивает слой никеля, осажденный в местах, свободных от анодной пленки) в вольт-амперной характеристике р-п-перехода не проявляется влияние утечек тока.

П р и м е р 2. Данный способ реализуют при исследовании гетероструктуры с р-П-переходом в твердом растворе алюминий - галлий мьшьяк. Отличия от примера 1 заключаются в величинах напряжения, используемого при анодном окислении и электрохимическом осаждении металла. Напряжение отсечки о 2,0 В.

При значени напряжения liq 2,5 толщина тенки анодного окисла составляет 40-60 А, что также, как и в пр1имере 1 обеспечивает изоляцию мест утечек тока при последующем электрохимическом осаждении металла которое осуществляется при напряжении 2,2 В.

Таким образом, способ обеспечивает декорирование мест утечек и позволяет полностью исключить влияние зтих утечек на характеристику р-h-nрехода.

Способ может использоваться при изготовлении контактов к полупроводниковым структурам,особенно к тонким слоям, где велика вероятность выхода р-п-пёрехода на фронтальную поверхность и его закорачивания при нанесении металла. утечек тока в р п-переходах и изоляция мест выхода р-П-перехода на поверхность при помопщ анодного окисла перед нанесением металла обеспечивают исключение влияния этих дефектов ha характеристики р-П-переходов.

Таким образом, предлагаемым способом возможно не только исследование уТечек р-Ц-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 состгшлял 2030%. При использовании же предлагаемого способа эта цифра увеличилась до 80-90%.

/

./

Y

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