Способ определения профиля концентрации легирующей примеси в кремниевых эпитаксиальных структурах Советский патент 1992 года по МПК H01L21/26 

Изобретение относится к измерению параметров полупроводников, а именно многослойных полупроводниковых структур, с помощью электрохимического травле- ния и может быть использовано при изготовлении кремниевых фотоприемников с блокированной проводимостью по примесной зоне, имеющих структуру п - п+ - п44 и предназначенных для работы в ИК-обла- сти спектра.

Известен способ определения профиля концентрации носителей заряда в полупроводниковом материале, заключающийся в том, что пластину полупроводникового материала приводят в контакт с электролитом, образующим барьер Шоттки и позволяющим осуществить электрохимическое травление. К барьеру Шоттки прикладывают постоянное напряжение смещения и тестирующий переменный сигнал. Измеряя ток

травления и емкость барьера, рассчитывают с помощью известных соотношений глубину проникновения в полупроводник и концентрацию легирующей примеси или носителей заряда.

Способ позволяет осуществлять измерение профиля концентрации носителей заряда в таких полупроводниковых материалах, как GaAs и GaP (при этом электролитом служит 10%-ный водный раствор КОН), однако непригоден для контроля кремниевых эпитаксиальных структур, так как указанный электролит не обеспечивает качественный барьер Шоттки и не позволяет осуществлять электрохимическое травление.

Известен способ определения профиля концентрации легирующей примеси в кремниевых эпитаксиальных структурах, заключающийся в том, что эпитаксиальную

VI

ю

00

ю о о

структуру приводят в контакт с электролитом, представляющим собой смесь Ш водного раствора NaF и 0,05 М водного раствора HaS04. К образовавшемуся барьеру Шоттки прикладывают постоянное напряжение смещения, равное 2,5 В в процессе травления и 1,5 В в процессе измерения, измеряют емкость барьера Шоттки полупроводник - электролит и ток электрохимического травления. После этого по известным формулам рассчитывают глубину проникновения в полупроводник и концентрацию легирующей примеси.

Недостатком способа является невозможность его осуществления на эпитакси- альных структурах n - n - n -типа.

Целью изобретения является обеспечение возможности измерения структур n - п+ - гГ -типа.

На чертеже изображен график распределения концентрации носителей заряда для структур типа n - п+ - п44, иллюстрирующий предлагаемый способ.

Пример. Измерение профиля концентрации мышьяка осуществляют на электрохимическом профилометре в кремниевых структурах n - п+- п, изготовленных методом газофазной эпитаксии. Травление и измерение емкости проводят в стандартной ячейке, состоящей из резервуара для электролита и прижимного устройства, создающего контакт к обратной стороне образца. В качестве электролита используют 2-3%- ный водный раствор НР:Н1 10з:Н202 1:1:1. В процессе травления к барьеру Шоттки прикладывают напряжение смещения 1-2 В, измеряемая плотность тока травления 1-3 мА/см2. Измеряют емкость барьера Шоттки полупроводник-электролит при напряжении смещения (-0,3-0) В, при .этом частота и напряжение тестирующего сигнала соответственно 3-20 кГц и 0,14 В. Расчет концентрации мышьяка и глубины его проникновения в n - n - n осуществляют по

ZFDA

/l(t)dt;

X Xi + X2,

где N(x) - концентрация мышьяка в точке X; q - заряд электрона;

Ј - диэлектрическая проницаемость полупроводника;

ЕО - диэлектрическая проницаемость вакуума;

А - площадь образца; с - измеряемая емкость;

dc/dv - производная емкости по напря- жению;

М - молекулярный вес полупроводника;

Z- валентность полупроводника; F-постоянная Фарадея;

D - плотность полупроводника;

t - текущий момент времени;

l(t) - ток травления в момент времени t;

Т - время травления. В данном случае q 1,6 -10 19 Кл, е-11,8, е0-8,85- Ф/Ом,

А 0,1 см2. М 28, Z 4, F 96485 Кл/г -экв, 0 2,32 г/см3.

Накопление результатов измерения ем- кости и тока травления, а также расчет N(x) и х по приведенным формулам осуществляют с помощью ЭВМ.

На чертеже приведена диаграмма типичного профиля, полученного в результате измерений.

Для проверки полученных результатов в структурах дополнительного проведено измерение поверхностной концентрации мышьяка c-v методом с помощью Нд-зонда после химического стравливания слоя заданной толщины. Поверхностную концентрацию измеряют в 3 точках.

Режимы измерения и полученные при этом результаты, а также результаты срав- нительного измерения в соответствующих точках приведены в таблице.

Анализ результатов измерений показывает, что предлагаемый способ обеспечивает достижение цели, а именно позволяет измерить профиль легирования в структурах указанного типа с толщиной слоев до 50 мкм, при этом значения концентрации, измеренные предлагаемым способом и c-v методом, совпадают с погрешностью ±15%, что вполне удовлетворительно для измерений данного типа (см. таблицу).

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает возможность измерения профиля концентрации легирующей примеси в кремниевых структурах, полученных газофазной эпитаксией n - n+- n -типа, что позволяет проводить входной контроль и оптимизировать технологические процессы при изготовлении фотоприемников с блоки- ровкой проводимости по примесной зоне и других полупроводниковых приборов.

Формула изобретения Способ определения профиля концент- рации легирующей примеси в кремниевых эпитаксиальных структурах, включающий электрохимическое травление образца, измерение емкости барьера Шоттки полупроводник - электролит и тока электрохимического травления, расчет профилятравление проводят в2-3%-ном водном расконцентрации легирующей примеси,творе НР:НМОз:Н202 1:1:1 при налряжео тличающийся тем, что, с цельюнии смещения 1-2 В, а емкость барьера

обеспечения возможности измерения5 Шоттки измеряют при напряжении смещеструктур п - п+- п -типа, электрохимическоения (-О.З-О)В.

Изобретение относится к измерению параметров полупроводников, а именно многослойных полупроводниковых структур, с помощью электрохимического травле- ния и может быть использовано при изготовлении кремниевых фотоприемников с блокированной проводимостью по примесной зоне, имеющих структуру п - п+- и предназначенных для работы в ИК-обла- сти спектра. Целью изобретения является обеспечение возможности измерения структур п - п+ - гГ -типа. Для этого электрохимическое травление проводят 2-3 % электролите состава НЕ:НМОз:Н202 1:1:1 при напряжении смещения (1:2) В, а емкость барьера Шоттки измеряют при напряжении смещения -0,3-0 В. 1 ил., 1 табл.

20 Е-i1111 -г

V 17

л

13

I I I

8

1

8 10 72 74 16 J3 20

Х(т)

20