Способ измерения напряжения пробоя барьерного контакта к арсениду галлия N -типа проводимости Советский патент 1989 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для измерения напряжения пробоя барьерного контакта к арсениду галлия п-типа проводимости.

Известен способ измерения напряжения пробоя барьерного контакта к арсениду галлия п-типа проводимости, С помощью двух прижимных вольфрамовых зондов, состоящий в том, что зонды прижимают к поверхности измеряемой пластины и прикладывают к ним постоянное напряжение смещения.При этом один из точечных контактов работает как обратносмещенный барьер Шоттки, напряжение пробоя которого определяют по его. вольт-амперной характеристике.

Основным принципиальным недостатком данного Способа является неудовлетворительная точность получаемых результатов, ч.то связано с низкой воспроизводимостью параметров барьерного контакта, формируемого с помощью прижимного зонда.

i

Наиболее близким по технической

(Л сущности к изобретению является способ измерения напряжения пробоя барьерного контакта к арсениду галлия п-типа проводимости, заключающийся в .том, что часть поверхности образца, являющуюся анодом электрохимической ячейки, приводят в контакт с электролитом, производят анодирование в темноте при постоянной плотности тока,

со затем освещают образец бельм светом,

создающим освещенность не менее 7000 лк, и определяют напряжение пробоя по величине изменения падения напряжений на электрохимической ячейке в момент включения света.

В этом способе устраняются недостатки, связанные с применением прижимных зондов, и достигается значительное снижение как систематической, так и случайной составляющих ошибки измерения. Однако при использовании способа для контроля субмикронных (1 мкм) структур арсенида галлия возникают трудности, обусловленные

3 3

тем, что на стадии темпового анодирования, осуществляемого в течение 30 10 с при плотности тока 1-3 мА/см , часть измеряемой пленки арсенида галлия переходит в оксид. Вследствие этого измерения напряжения пробоя Ur,p производятся фактически на барьере, сформированном не на исходной поверхности пленки, а на глубине, соответствующей толщине оксидированного слоя арсенида галлия.

На структурах арсенида галлия с существеннее неоднородным профилем легирования по глубине (как на структурах с субмикронными слоями) ипрсильно возрастает с увеличением расстояния от поверхности Поэтому систематическое расхождение значений U,,p , полученных на входном контроле такой структуры известным способом и на испытаниях сформированных на ее основе реальных активных элементов (приборов) , может быть весьма значительным, что снижает достоверность входного контроля

Оптимальным является входной контроль и „р, при котором барьер располагается на той же глубине, что и в реальном приборе Для этого необходимо добиваться минимизации толщины удаляемого слоя арсенида галлия в процессе контроля и„ .

Цель изобретения - повышение достоверности результатов.

Цель достигается тем, что в способе измерения напряжения пробоя барьерного контакта к арсениду галлия п-типа .проводимости, заключающемся в том, что часть поверхности образца, являющуюся анодом электрохимической ячейки, приводят в контакт с электролитом, производят анодирование в темноте при постоянной плотное.ти тока, затем освещают образец белым светом, создающим освещенность не менее 7000 лк, и определяют напряжение пробоя по величине изменения падения напряжения на электрохимической ячейке в момент включения света, контакт поверхности образца с электролитомосуществляют на площади не более 3 мм , анодирование в темноте ведут в течение 3-8 с при плотности тока 0,3-1 мА/см,

.На фиг,1 представлена схема устройства для реализации способа измерения напряжения пробоя.

00 4

Устройство содержит образец 1, предметных столик 2, алюминиевую трубку 3, эластичное диэлектричес кое кольцо 4, анод 5, электролит 6, источник 7 постоянного тока, прижимной контакт 8, источник 9 питания, лампу 10 накаливания, кнопку 11, измерительный прибор 2.

U 9

па фиг./ представлена зависимость времени готовности от площади анода: кривая 13 получена при , ,3 мА/см кривая 14 - при N

5 , 1а 0,5 мА/см ; кривая .15 - при N 1 10 см-, 1 1,0 мА/см, штриховой линией изображена вероятностная кривая, рассчитанная для величины плотности дефектов, равной

0 20 см .

На фиг.З показаны вольт-ампериые характеристики, сн.чтые на образцах с различной концентрацией носителей 5 тока: кривая 16 для , кривая 7 для ,8 ЧО см ; кривая 18 для ,0-10 см ; кривая J9 для

,0-10 см-- ; при этом Зд 3-1оЛм, а штриховой линией отмечен уровень 0 полного тока, обеспечивающий IL. 0,3 мА/см

С тцность способа состоит в следуюя(ем о

На стадии темнового анодирования происходит залечивание дефектов, попавщих в область анода, что способствует повышению точности получаемых результатов Стабилизация значения Q Unp на максимальном уровне в процессе темпового анодирования при заданной величине плотности тока (1д) свидетельствует о готовности образца к измерениямо Подобные измерения выг полнялись при различных плотностях тока и площади анода, изменяющейся от 150 до 3

Было найдено, что время выхода кривой f (IQ) иа насыщение (время готовности tp) при прочих равных условиях зависит от площади анода (SQ). Причем, начиная от больших площадей до Sjj 25 мм, t практически не меняется, а затем, вплоть до 3мм t монотонно уменьшается, принимая при SQ 3 мм и ,3 мА/см значение t 8 с.

Установлено также, что найденные предельные значения Т-„ и. t практически не меняются с изменением ко центрации носителей тока в образце 1-10 с ЫО .. арсенида галлия of При дальнейшем уменьшении S при - , ..1Д - Q 0,3 мА/см возрастала нестабильно измерений и при этом наблюдалась те денция к уменьшению Unp о Последнее может быть связано с возрастающим влиянием краевого эффекта. Кроме того, при Sg : 1,8 мм воз никают трудности чисто технического характера, связанные с залипанием электролита в канале малого диаметр и ограниченностью в выборе типа источника тока, обеспечивающего хорош стабильность на уровнях ниже 9 мкА. При использований SQ 3 мм не будет обеспечиваться условие максимального приближения барьерного контакта к исходной поверхности измеряемого образца. Как показали измерения вольт-амперной характеристики электролитического барьера, проведенные на эпитаксиальных структурах арсенида галлия п-п -п -типа с концентрацией носителей тока, лежащей в диапазоне (7-100) 10 , при Ic не менее 0,3 мА/см гарантируется достижение в области пространственного заряда Напряженности поля, соответствующей началу лавинной генерации неосновных носителей тока, что проявляется на вольт-амперной характеристике в виде резкого нарастания обратного тока. Максимальное значение 1д принято равным 1,0 мА/см, при этом t. 3с При дальнейшем увеличении 1д возрастает скорость оксидирования арсенида галлия, а tp сокращается, что сильно осложняет контроль толщины слоя, удаляемого с поверхности образ ца в процессе измерения При анодировании арсенида галлия в гальваностатическом режиме скорость роста оксидной пленки изменяет ся прямо пропорционально плотности тока. Установлено, что при анодировании в гликолевом -электролите зависимость скорости перехода арсенида галлия в оксид (VTD) от Ig может §ыть записав виде 4,2 - 1, А /с, где 1д .выражена в мА/см, а величийа 4,2 - экспериментально найденный коэффициент который выражается в Асм. мА. Учитьшая это, легко показать, что за время темново.го анодирования при использовании известного и нового способов с поверхности измеряемого слоя будет удаляться соответственно около 125 А и 12 А арсенида галлия Наблюдаемый экспериментально факт сокращения времени готовности образца к измерениям с уменьшением площади барьера можно объяснить уменьшением вероятности попадания дефекта в область этого барьера (Р) при постоянной плотности дефектов в пленке Это предположение подтверждается сходством характера кривых зависимости tr и Р от SQO Зависимость Р(За) была рассчитана по известному уровню Пуанссона. Расчет выполнен для значения плотности дефектов 20 см , обеспечивающей начало Р при экспериментально наблюдаемом значении 25 мм. Пример, К рабочей поверхнотт., сти образца 1 арсенида галлия, размещаемого на металлическом предметном столике 2, прижимают алюминиевую трубку 3-0 Место контакта ее с поверхностью образца уплотняют посредством эластичного диэлектрического кольца 4 с диаметром отверстш, ограничивающего площадь анода, равным 2 ммо Электролит 6 готовили смещением 3%-ного водного раствора лимонной кислоты (рН доводили до 6,0 добавлением аммиака) с зуиленгошколем в соотношении 1:6, После заполнения трубки электролитом обеспечивали локальный контакт электролита с анодом на площади около 3 мм. Положительный потенциал от источника 7 постоянного тока подают на анод путем создания прижимного контакта 8 к поверхности образца Отрицательный потенциал -прикладывают к алюминиевой трубке, внутренняя поверхность которой служит катодом электрохими: ческой ячейкис Использовали прибор с входным сопротивлением 10 мЬм„ Устанавливают на источнике 9 питания осветительной лампы 10 накаливания, располагаемой напротив верхнего отверстия трубки 3, напряжение накала, обеспечивающее освещенность анода 7000 лк, а на источнике 7 тока устанавливают ток 9,0 мкА (что соответствует Ij, 0,3 мА/см ). Подают напряжение на ячейку и через 8 с наатием кнопки 11 включают лампу на

3-4 с. После выключения лампы отключают источник тока от ячейки.Напряжение пробоя определяют по величине скачка потенциала с помощью измерительного прибора 12,.

Опробование нового способа проводилось на эпитаксиальных структутолщина слоя d 0,15 мкм;

( d 0,15 мкм;

,i- млга в ii I у - I j t:jyi It d 4,0 мкм; и - ч, - о, и 1U СМ «

сильнолегированный буферный слой с сильнолегированная подложка с N 2 10 см . Выбор многослойной структуры для проведения серии измерений определяется тем, что согласно теоретическому расчету в таких структурах при прочих равных условиях определяется толщиной поверхностного слоя с низкой концентрацией. Причем с умень шением: толщины этого слоя происходит плавное возрастание величины U(,p Таким образом, утоньшение п -слоя на стадии темнового анодирования в процессе измерений U,. известным методо должно приводить к увеличению Un по сравнению с его значениями, полученными на исходной поверхности, как это имеет место в реальных структурах „ Учитывая достоинства нового спо соба (малая толщина стравливаемого слоя арсенида галлия на стадии темно вого анодирования), следует ожидать лучшей сходимости результатов при его использовании на входном контроле эпитаксиальных структур. Результаты измерений Uf,p на исход ньпс эпитаксиальных структурах, вь:полненных двумя способами-известным и новым, и измерения Upn на структурах ЛПД представле11ы в таблице, В указанной таблице представлены также результаты измерений Unp новым способом на тех же образцах арсенирах арсенида галлия .-п- типа, используемых для создания высокоэффективных лавинно-пролетных диодов (ЛПД) с барьером Шоттки.

Данная структура включает слои, которые согласно паспорту имеют следующие параметры:

10 смN 3,0 10 см- N 1,5

. -3 . N 8,0 да галлия, но после их предварительного анодирования с целью удаления с поверхности части арсенида галлия. Режим анодирования подбирали таким чтобы последующие измерения U (to осуществлялись на том же расстоянии от исходной поверхности, что и при измерениях известным способом Это условие выполнялось при анодировании при ,5 мА/см в течение 55 с. Из таблицы видно, что сходимость значений U полученных новым способом, с результатами испытаний структур ЛПД гораздо лучше, чем при использовании известного способа Кроме того, приведенные данные свидетельствуют в пользу высказанного, предположения о причине улучшения сходимости Таким образом, новый способ обеспечивает хорошую сходимость результатов (1,6-7,7%), полученных на входном контроле эпнтаксиальных структур и при испытании реальных приборов Применение нового способа на входном контроле тонких и сверхтонких эпитаксиальных структур арсенида галлия и, в первую очередь, с неоднороднь1м профилем легирования будет способствовать повьшению достоверности последнего.

3i

и

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПРОБОЯ БАРЬЕРНОГО КОНТАКТА К АРСЕНИДУ ГАЛЛИЯ п-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ, заключающийся в том, что часть поверхности образца, являющуюся анодом электрохимической ячейки, приводят в контакт с электролитом, производят анодирование в темноте при постояннойплотности тока, затем освещают образец белым светом, создающим освещенность не менее 7000 лк, и . определяют напряжение пробоя по величине изменения падения напряжения на электрохимической ячейке в момент включения света, о тличающийся тем, что, с целью повышения достоверности, контакт поверхности образца с электролитом осуществляют на площади не более 3 мм, анодирование в темноте ведут в течение 3-8 с при плотности тока 0,3-1 мА/см о

Ч|Г

Haf7pff eHae((J) В WO 90 80 70 60 50 0 30 20 W 0

ЦЗиг.З