Способ контроля качества полупроводниковых приборов Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 G01R31/26 

Изобретение относится к электронной технике, а именно, к технологии производства полупроводниковых приборов, преимущественно фотоэлектричес ких, и может быть использовано наиболее эффективно для определения стабильности фоторезисторов, фотодиодов и солнечных элементов на основе соеди нений А2.Вб (CdS, Gi3Se, CdSy ), например, полученных на основе монокристаллов , монокрис ;аллических ((эпитаксиальных) пленок, поликристаллических спеченных слоев и пленок этих соединений.

Известны способы контроля качества полупроводниковых приборов, в частности фоторезисторов.

Один из известных способов, основанный на измерении прогнозируемого параметра (интенсивности шума) до и после пропускания через испытуемый, прибор импульса тока определенной величины и сравнении результатов измерений, позволяет по обнаруженному дрейфу параметра определить качество и стабильность, испытуемых приборов С -ТНедостатком известного способа является то, что он позволяет выявить дефектные приборы, нестабильность

в которых связана с неоднородностя-: ми их структуры, в связи с чем он оказывается непригодным для оценки качества фоторезисторов на основе монокристаллических соединений A,jBg, для которых характерна высокая степень однородности структуры.

Известен также способ, включаю- , щий измерение информативных электрических параметров до и после испытаний, которое заключается в том, что испытуемые приборы нагревают до температуры, близкой к предельно допустимой, подают на них напряжение, также близкое к предельно допустимому, вьщерживают их в испытательном режиме заданное время (осуществляют термоэлектрическую тренировку, а измерение информативных электрических параметров производят при одних и тех же условиях, например, при нормальной температуре 2 Ji.

Этот способ очень широко известен и, как .метод ускоренных испытаний, широко используется практичес;Ки для вдех классов полупроводниковых приборов, причем в качестве инфо1 1ативных электрических параметров используются наиболее характерные или определяющие стабильность каждого класса приборов параметры. Например, для МОП - транзисторов таким параметром является пороговое напряжение. К фотоэлектрическим приборам этот способ неприменим, так как он не поз воляет выявить подвижные дефекты, обуславливающие протекание и раэруше ние фотостимулированных процессов. Наиболее близким техническим решением, к предлагаемому.является способ Контроля качества полупроводниковых приборов, преимущественно фотоэлектрических, основанный на проведении фотостимулированных процессов между двумя замерамиинформативного параметра и сравнении результатов измерений. В качестве информатив ного параметра используют фото-ЭДС 1при освещении р-п перехода испытуемого прибора светом с заданной интен сивностью, а для проведения фотостимулированных процессов приборы освещают между замерами излучением мощностью не менее, чем в 10 раз превышающей мощность облучения при измерениях 3. . Однако с помощью данного способа невозможно определить качество и стабильность фотррезисторов на основе соединений Л2В, так как. последние не имеют р-п .перехода и связанно го с ним дрейфа параметров. Известны способ связывает дрейф параметров с наличием глубоких центров рекомбинации и области пространственного заряда р-п перехода (или) и релаксацие заряда на поверхнастных состояниях. В фоторсзисторах и фотодиодах на осн не соединений наличие глубоких центров и поверхностных состояНИИ не определяют их нестабильность Цель изобретения - обеспечение экспрессности контроля и повышение его точности применительно к прибор на основе соединений f(,. Поставленная цель достигается тем что в способе контроля качества пол проводниковых приборов, преимущественно фотоэлектрических, основанном на проведении фoтocти yлиpoвaнных процессов между двумя замерами информативного параметра и сравнени результатов измерений, перед первым замером производят нагревание испытуемых приборов в темноте и выдержк их при температуре-т в.течение вр мени t , фотостимулированные процес сы проводят путем нагревания приборов до температуры Т при освещени видимым светом и выдерживания их в течение времени замеры информативного параметра в качестве которого используют фототок при заданн освещенности, производят после охлаждения приборов до температуры TSj и выдержки их при этой температуре течение времени t, причем первый замер производят после охлаждения приборов в темноте, второй - при освещении, а температурные условия определяют из соотношений t р р- . g , гЧекьг ,, где Ер - энергия активации разрушения фотостимулированноп процесса; EQ - энергия активации протекания фотостимулированного ,процесса; k - постоянная Больцмана, А - постоянная, .характеризующая .разрушение фотостимулированного процесса; В - постоянная, характеризующая протекание фотостимулированного процесса t. - время выдержки приборов при соответствующей температуре, i 1,2,3. В основе предлагаемого способа лежит экспериментально установленный факт, что основной причиной дрейфа параметров в фоторезисторах и фотодио дах на основе соединений их длительном хранении и эксплуатации является наличие в кристаллической решетке дефектов, подвижных при комнатной температуре, величина дрейфа зависит от концентрации этих дефектов , а скорость - от уровня активирующих факторов, например темпер.атуры. Показано, что концентрация подвижных дефектов контролируется по дрейфу фототока в обратимых фотостимулированных процессах, в частности, по величине отношения фототока в .исходном и фотостинулированном состояниях. Исследованиямиподтверждена ожидаемая зависимость между дрейфом фототока в фотостимулированном процессе и степенью старения приборов в естественных условиях. Исходя из этого, можно по отношению фототоков в исходном и фотостимулированном состояниях оценить уход параметров при длительном хранении или эксплуатации (старение, т. е. стабильность прибора. Способ осуществляют следуюсцим образом. Сначала производят нагревание приборов в темноте выше температуры Tj, и выдержку их при этой температуре в течение времени , достаточного для разрушения фотостимулирован- ного процесса. Температуру Т выбирают ниже температуры, при которой на-. ступает необратимое изменение электрических характеристик приборов, а время выдержки определяют из условия i 7/-3Cp., где Ср - постоянная времени paapsoueHHH фотостимулироваи, ного процесса при данной температуре Затем охлаждают приборы в. темноте до температуры Т, выдерживают их при этоп температуре в течение времени t,,, существенно меньшего времени протекания фотрстимулированного процесса (если считать, что скорость протекания фотостимулирован ного процесса может быть охдрпктеризована постоянной времени тг для данной температуры, то Ц выбирают - из условия ), и в течение то го же времени производят первое измерение величины фототока Г.при заданном уровне освещенности приборов. Повторное измерение фототока производят после проведения фотостиму{лированного процесса, который осуществлжот путем нагревания приборов до температуры Т при освещении их видимым светом и выдерживании при боров в таких условиях в течение вре .мени t f достаточного для прютекания фотостимулированного процесса, т. е. t выбирают из условия 3 где TQ - постоя 1ная времени протекания фотойтимулированного процесса при данной температуре, Перед повторным изьюрением фото-, токаприборы охлаждают до температуры Т,, но охлаждение производят при освещении. Повторное измерение фототока 1 производят после в адержки приборов при температуре Т, в течение времени t, существенно меньшего времени протекания фотостимулированного процесса (следуе.т заметить, что время tj существенно м.еньые и времеНи разрушения фотостимулированного процесса). Отношение значений фототоков 1 /1, измеренных в одних и тех же условиях (при одной.и той же температуре Т и заданном уровне освещенности.) , позволяет судить о дрейфе фототока при переводе прибора из исходного состояния, т. е. послеразру шения фотостимулированных процессов, в состояние, виз1ваиное проведением фотостимулированного процесса. Если отношение значений фототоков .j отличается от единицы, то это озн.чает, что в приборе имеют место фотостимулированныё процессы. Наличие таких процессов, связанных с присутствием в полупроводнике подвижных точечных дефектов, является причиной обратимого изменения параметЕюв фоторезисторов на основе соединений в процессе их работы (фотоутомляемость), а присутствие подвижных при комнатной температуре дефектов является причиной старения фоторезисторов. Чем интенсивне протекают фотостимулированныё процессе ( сильнее отличается от 1 отнсниение .) , тем сильнее стареют приборы при их Хранении и эксплуатации. Фотостимулированныё процессы обусловлены перестройке дефектов кристаллической решетки под действием света. Они протекают при освещении приборов видимым или ближним инфраккрасным светом в определенной для каждого процесса области температур, обусловленной различием в энергиях активации протекания процессов, и приводят к изменению фоточувствитёльности полупроводника. Фотостимулированныё процессы обратимы, они могут быть разрушены, т. е. полупроводник может быть переведен в исходное состояние прогревом в темноте до достаточно высоких температур (температур разрушения фотостимулированных процессов. Поэтому предложенный способ содержит нагрев и охлаждение в темноте, чтобы разрушить протекакпще в результате случайных засветок фотостимулированныё процессы и получить исходное состояние полупроводника. Температуру f , до которой нужно прогреть полупроводник, выбирают так чтобы за время выдерживания прибора при этой температуре фотостимулирован ный процесс успел разрушиться. Это время определяется скоростью нагрева и инерционностью печи и представляет Собой время, в течение которого образец сохраняет заданную температуру после выключения печи. Скорость разрушения фотостимулирован- ных процессов возрастает с ростом температуры, при которой образец выдерживается в темноте. Следовательно, температура до которой нужно прогреть прибор в т 1ноте, что«йл разрушить фотостимулированный процесс зависит от времени выдерживания полу проводника при этой температуре еледующим образом г1ш; При охлаждении образца скорость протекания фотостимулированных процессов замедляется и при достаточно низких температурах становится настолько малой, что процессы практически не протекают. Поэтому при этой температуре становится возможнь м сравнение фототоков в двух замороженных состояниях: до и после протекания фотостимулированного процесса. Температура Т, при которой возможно сравнение фототоков, определяется энергией активации протекапня процесса Ед и временем вьщержиBrXHuv образца при этой температуре т - о Время, t в этом случае i (.1ftt Г время, необходимое для измерения фототока , должно быть мен-ьше времени протекания процесса при данной температуре TO (tj ЗТГа). Вторым этапом предложенного способая является прогрев и последующе охлаждение прибора до температуры первого охлаждения при освещении. Э процедура приводит к протеканию фот стимулированного процесса. Температуру f, до которой нужно прогреть прибор при освещении выбирают так, чтобы за время выдерживания образца при этой температуре ус пел протечь фотостимулированный про цесс. Скорость протекания фотостимулированного процесса или время ЗТд, за которое процесс протекает, зависит от температуры, при которой производится освещение прибора (скорость экспоненциально возрастает с ростом температуры Л и от интенсивности света, точлее от концентрации свободных электронов п создаиних светом. Следовательно, те пература, до которой нужно прогреть при освещении, зависит от времени выдерживания прибора и кон-г центрации п. Эта зависимость имеет и ,-к|: бГа Де В - константа, зависящая от п. В полупроводниках типа -2.6 блюдаются фотостимулированные процессы нескольких типов, характеризу .щиеся различными Е, В, Ер и, еледовательно, протекающие и разрушающиеся в различных областях температур. Например, в Cdb наблюдаются следующие процессы: два процесса, приводящих к увели чению фоточувствительности полупроводников (величина фототока после охлаждения при освещении возрастает со следующими параметрами: 1. rL. 0,3 эВ в Юс-; Е„ 0,9 эВ; Л 10 с-; 2. Е„ 0,15 эВ; В ВОсг, ЕР 0,0 эВ, А 10 Ъ- . процесс, приводящий к уменьшению фототока и, следовательно, к снижен фоточувствительности с Е 0,35 эВ; в 1,5с Ер 1,3. эВ, А Ю с-. На чертеже приведена схема установки, которая может быть использов на для реализации способа. Исследуемый прибор 1 помещают в стеклянный криостат 2, который погр жают в стеклянной, дюар 3 с-жидким азотом (11К). йбразец включен в измерительную цепь, содержащую источник 4 стабилизированного напря жения и измеритель 5 тока. Образец введен в тепловой контакт с нагрева телем б и датчиком 7 температуры, оптический контакт с источником 8 освещения с постоянной освещенностью L. Установка содержит также выключатели нагрева и освещения образца не показаны. Испытания приборов предложенным способом, которые могут быть проведены в течение короткого времени, и сравнительные измерения параметров приборов, проведенные после длительного хранения (/в Течение 4000 ч} в . темноте при нормальной температуре, показали тесную корреляцию между величиной отклонения от единицы отношения фототоков и степенью ухудшения фоточувс :вительности после длительности хранения. Таким образом, предложенный спосоС позволяет значительно сократить продолжительность испытаний и повысить точность контроля фотоэлектрических приборов на основе соединений .. Формула изобретения Способ контроля качества полупроводниковых приборов, преимущественно фотоэлектрических, основанный на проведении фотостимулированных процессов между двумя эамервчли информативного параметра и сравнении результатов измерений, о л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью обеспечения экспрессности контроля и повышения его точности применительно к приборам на основе соединений , перед первым замером производят нагревание испытуемых приборов в темноте и выдержку их при температуре Т, в течение времени t , фотрстимулированные процессы проводят путем нагревания приборов до температуры Т а освещении видимым светом и з лдерживании их в течение .времени t , а замеры информативного параметра, в качестве которого используют фототок при заданной освещенности, производят после охлаждения приборов до температуры T,j и выдержки их при 1этой температуре в течение времени tj причем первый замер производят после охлаждения приборов в темноте, второй - при освещении,а температурные условия определяют из соотношенийT,J, т - г . г -(.о. 0.1- I ,, ktnAt. I Bwbia где Е, энергии активации разрушения фотостимулированнога . процесса; энергия активации протекаНИН фотостимулированного процесса; постоянная Рольцмана; постоянная, характеризующая разрушение фотостимулированного процесса)

В - постоянная, характериэуйщая протекание фотостимулированного процесса; - время выдержки приборов при

t.

лсоответствующей температуре, i 1,2,3. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 490047, кл. G 01 R 31/26, 1971.

.2. Колбурн и др. Нёшежность МОП БИС. -ТИИЭР, 1974, т. 62, 2, с. 154-178.

3. Авторское свидетельство СССР W 624180, кл. G 01 R 31/26,, 1976 (прЪтотип).

4 JC