СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА АНОДНОГО ОКИСЛА В ПРОЦЕССЕ ЕГО ВЫРАЩИВАНИЯ Советский патент 1995 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов и может быть использовано в технологии электрохимического окисления поверхности полупроводников.

Известен способ контроля качества окисла на поверхности полупроводника, заключающийся в напылении поверх окисла металлического электрода, создании омического контакта к подложке и измерении спектра шумов, который позволяет судить не только о свойствах диэлектрика, но и о свойствах границы раздела полупроводник-диэлектрик и тем самым о характеристиках полупроводниковых приборов, изготовленных на основе исследуемой структуры.

К недостаткам указанного способа относятся удлинение цикла производства полупроводниковых приборов и выборочность контроля, так как для измерения с его помощью необходимо изготовить специальные тестовые образцы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ контроля качества окисла в процессе его плазменно-электролитического анодирования, заключающийся в измерении амплитудно-частотной характеристики токовых шумов структуры металл-окисел-электролит с помощью измерительного усилителя.

Недостаток указанного способа заключается в отсутствии явной связи между параметрами измеренной спектральной плотности токовых шумов и параметрами границы раздела поверхность-окисел и значительное время идентификации закона зависимости от частоты спектра шумов.

Целью изобретения является повышение экспрессности измерений качества электрохимически выращиваемого на поверхности полупроводников окисла.

Для достижения указанной цели производят измерение характеристик токовых шумов системы образец-окисел-электролит и оценивают качество окисла по измеренным характеристикам, при этом в качестве характеристики токовых шумов измеряют ее автокорреляционную функцию, причем измерения проводят при подаче на систему полупроводник-окисел-электролит постоянного напряжения, а о качестве окисла судят по наличию на измеренной характеристике участка с отрицательным значением измеренной величины.

Измерение автокорреляционной функции токовых шумов производят параллельно с процессом электрохимического выращивания окисла. В неравновесных условиях, характерных для анодного окисления, ионная проводимость контролируется скоростью генерации вакансий и междоузельных ионов полупроводника и кислорода на границе раздела. Генерационный механизм токовых шумов приводит к немонотонному характеру затухания автокоррелляционной функции токового шума, т. е. к изменению ее знака при больших интервалах времени. Интервал корреляции, измеренный по положительному участку автокорреляционной функции, обратно пропорционален скорости генерации носителей заряда. В случае неоднородности окисла скорость генерации оказывается различной на разных участках полупроводниковой подложки и автокорреляционная функция затухает практически монотонно. В случае пробоя диэлектрика, обильного газовыделения шум носит обычный диффузионный характер и автокорреляционная функция затухает монотонно, оставаясь всюду положительной. При повреждении поверхности монокристаллического полупроводника характер шума обуславливается движением и ростом дислокаций, и в этом случае автокорреляционная функция шума положительна при любых интервалах времени.

Идентификация отрицательного значения измеряемой автокорреляционной функции осуществляется за единицы секунд, чем достигается высокая экспрессность измерений.

На фиг. 1 показана структурная схема установки для измерения автокорреляционной функции токовых шумов в системе полупроводник-окисел-электролит с помощью измерителя корреляционных характеристик 1, на вход которого через трансформатор 2 подается токовый шум электрохимической ячейки 3, питающейся от источника постоянного напряжения тока 4; на фиг.2 типовые автокорреляционные функции токового шума в системе полупроводник-окисел-электролит: в начале анодирования кривая 5, в конце анодирования при удовлетворительном качестве окисла кривая 6.

Пластины полупроводника перед анодированием подвергают стандартной химической обработке для получения максимально незагрязненной поверхности. Конструкция электрохимической ячейки обеспечивает окисление только обработанных указанным образом поверхностей. Измерение автокорреляционной функции осуществляют во время роста окисла при вольтстатической выдержке в вольтстатическом или комбинированном режимах анодного окисления. Выращивание высококачественного окисла считается законченным, если на автокорреляционной функции появляется участок с отрицательным знаком. Отсутствие у автокорреляционной функции участка с отрицательным знаком в течение 1-10 мин после начала измерения указывает на нарушение нормального процесса выращивания окисла, причем в случае грубого нарушения изменения состава или температуры электролита, изменения электрического режима, газовыделения на аноде токовый шум становится нестационарным.

Например, антимонид индия n-типа с химически полированной поверхностью помещают в электрохимическую ячейку в 0,1 N раствор едкого кали и проводят электрохимическое окисление при постоянной плотности тока 0,1 мА/см². Ячейку подключают к электрической цепи, структурная схема которой представлена на фиг. 1. В процессе роста падение напряжения на клеммах ячейки линейно возрастает со временем. По достижении напряжения 20 В окисление переходит в потенциостатическую стадию, т.е. в дальнейшем клеммное напряжение не изменяется, а ток и скорость роста окисла быстро уменьшаются со временем. С началом вольтстатической выдержки непрерывно измеряют автокорреляционную функцию токовых шумов. В начале вольтстатической выдержки наблюдается автокорреляционная функция, форма которой имеет вид кривой 5 на фиг.2. Поскольку функция kτ четная, на фиг.2 приведены значения только для положительных интервалов τ.

По истечении 5 мин, в течение которых происходит залечивание диэлектрически слабых мест окисла и упорядочение его структуры, функция принимает вид, соответствующий кривой 6 на фиг.2. Длительность вольтстатической выдержки, за время которой автокорреляционная функция принимает форму кривой 6 на фиг. 2, определяется типом полупроводника и электролита, режимом окисления, способом обработки исходной поверхности и колеблется в пределах 1-10 мин.

Использование в качестве критерия окончания процесса окисления изменения знака автокорреляционной функции позволяет измерять не всю функцию, а только одно ее значение для интервала времени τ_о, превышающего τ_к на 10.50% и момент времени, при котором k(τ_o) достоверно изменяет знак, является моментом окончания вольтстатической выдержки. Значение τ_к определяется однократно экспериментальным путем для конкретной пары полупроводник-диэлектрик.

Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов и может быть использовано при электрохимическом окислении полупроводников. Для оперативного контроля качества анодного окисла измеряют автокорреляционную функцию токового шума при подаче на систему полупроводник окисел электролит постоянного напряжения. О качестве окисла судят по наличию на измеренной характеристики участка с отрицательным значением измеряемой величины. 2 ил.

СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА АНОДНОГО ОКИСЛА В ПРОЦЕССЕ ЕГО ВЫРАЩИВАНИЯ, заключающийся в измерении характеристик токовых шумов системы образец-окисел-электролит и оценке качества окисла по измеренным характеристикам, отличающийся тем, что, с целью повышения экспрессности измерений, в качестве характеристики токовых шумов измеряют их автокорреляционную функцию, причем измерения проводят при подаче на систему полупроводник-окисел-электролит постоянного напряжения, а о качестве окисла судят по наличию на измеренной характеристике участка с отрицательным значением измеряемой величины.