SU1728900A1 - Method of determination of profile of concentration of alloying additive in silicon epitaxial structures - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерению параметров полупроводников, а именно многослойных полупроводниковых структур , с помощью электрохимического травле- ни  и может быть использовано при изготовлении кремниевых фотоприемников с блокированной проводимостью по примесной зоне, имеющих структуру п - п+- и предназначенных дл  работы в ИК-обла- сти спектра. Целью изобретени   вл етс  обеспечение возможности измерени  структур п - п+ - гГ -типа. Дл  этого электрохимическое травление провод т 2-3 % электролите состава НЕ:НМОз:Н202 1:1:1 при напр жении смещени  (1:2) В, а емкость барьера Шоттки измер ют при напр жении смещени  -0,3-0 В. 1 ил., 1 табл.The invention relates to the measurement of the parameters of semiconductors, namely multilayer semiconductor structures, using electrochemical etching, and can be used in the manufacture of silicon photodetectors with blocked conductivity in the impurity zone, having the structure n - n + - spectrum. The aim of the invention is to make it possible to measure n - n + - rG -type structures. For this, electrochemical etching is carried out with a 2–3% electrolyte of the composition NOT: HNO3: H202 1: 1: 1 at a bias voltage of (1: 2) V, and the capacity of the Schottky barrier is measured with a bias voltage of -0.3-0 V . 1 ill., 1 tab.

Description

Изобретение относитс  к измерению параметров полупроводников, а именно многослойных полупроводниковых структур , с помощью электрохимического травле- ни  и может быть использовано при изготовлении кремниевых фотоприемников с блокированной проводимостью по примесной зоне, имеющих структуру п - п+ - п44 и предназначенных дл  работы в ИК-обла- сти спектра.The invention relates to the measurement of the parameters of semiconductors, namely multilayer semiconductor structures, using electrochemical etching, and can be used in the manufacture of silicon photodetectors with blocked conductivity in the impurity zone, having the structure n - n + - p44 - sti spectrum.

Известен способ определени  профил  концентрации носителей зар да в полупроводниковом материале, заключающийс  в том, что пластину полупроводникового материала привод т в контакт с электролитом, образующим барьер Шоттки и позвол ющим осуществить электрохимическое травление . К барьеру Шоттки прикладывают посто нное напр жение смещени  и тестирующий переменный сигнал. Измер   токA known method for determining the concentration profile of charge carriers in a semiconductor material is that the semiconductor material plate is brought into contact with an electrolyte forming a Schottky barrier and allowing electrochemical etching. A constant bias voltage and a testing variable signal are applied to the Schottky barrier. Measure current

травлени  и емкость барьера, рассчитывают с помощью известных соотношений глубину проникновени  в полупроводник и концентрацию легирующей примеси или носителей зар да.etching and barrier capacitance are calculated using known ratios of the depth of penetration into the semiconductor and the concentration of the dopant or charge carriers.

Способ позвол ет осуществл ть измерение профил  концентрации носителей зар да в таких полупроводниковых материалах, как GaAs и GaP (при этом электролитом служит 10%-ный водный раствор КОН), однако непригоден дл  контрол  кремниевых эпитаксиальных структур, так как указанный электролит не обеспечивает качественный барьер Шоттки и не позвол ет осуществл ть электрохимическое травление .The method allows measurement of the concentration profile of charge carriers in semiconductor materials such as GaAs and GaP (the electrolyte is a 10% aqueous KOH solution), but unsuitable for controlling silicon epitaxial structures, since this electrolyte does not provide a quality barrier Schottky and does not allow electrochemical etching.

Известен способ определени  профил  концентрации легирующей примеси в кремниевых эпитаксиальных структурах, заключающийс  в том, что эпитаксиальнуюA known method for determining the concentration profile of a dopant in silicon epitaxial structures, which consists in the fact that epitaxial

VIVI

юYu

0000

ю о оu o o o

структуру привод т в контакт с электролитом , представл ющим собой смесь Ш водного раствора NaF и 0,05 М водного раствора HaS04. К образовавшемус  барьеру Шоттки прикладывают посто нное напр жение смещени , равное 2,5 В в процессе травлени  и 1,5 В в процессе измерени , измер ют емкость барьера Шоттки полупроводник - электролит и ток электрохимического травлени . После этого по известным формулам рассчитывают глубину проникновени  в полупроводник и концентрацию легирующей примеси.the structure is brought into contact with the electrolyte, which is a mixture of III of an aqueous solution of NaF and 0.05 M of an aqueous solution of HaS04. A constant bias voltage of 2.5 V is applied to the formed Schottky barrier during the etching process and 1.5 V during the measurement process, the capacity of the Schottky barrier semiconductor – electrolyte and the current of electrochemical etching are measured. After that, using known formulas, the depth of penetration into the semiconductor and the concentration of the dopant are calculated.

Недостатком способа  вл етс  невозможность его осуществлени  на эпитакси- альных структурах n - n - n -типа.The disadvantage of this method is the impossibility of its implementation on epitaxial structures of n - n - n-type.

Целью изобретени   вл етс  обеспечение возможности измерени  структур n - п+ - гГ -типа.The aim of the invention is to make it possible to measure n-n + -yy-type structures.

На чертеже изображен график распределени  концентрации носителей зар да дл  структур типа n - п+ - п44, иллюстрирующий предлагаемый способ.The drawing shows a graph of the distribution of carrier concentration for structures of the type n - n + - n44, illustrating the proposed method.

Пример. Измерение профил  концентрации мышь ка осуществл ют на электрохимическом профилометре в кремниевых структурах n - п+- п, изготовленных методом газофазной эпитаксии. Травление и измерение емкости провод т в стандартной  чейке, состо щей из резервуара дл  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 травлени  к барьеру Шоттки прикладывают напр жение смещени  1-2 В, измер ема  плотность тока травлени  1-3 мА/см2. Измер ют емкость барьера Шоттки полупроводник-электролит при напр жении смещени  (-0,3-0) В, при .этом частота и напр жение тестирующего сигнала соответственно 3-20 кГц и 0,14 В. Расчет концентрации мышь ка и глубины его проникновени  в n - n - n осуществл ют поExample. The concentration profile of the mouse is measured on an electrochemical profilometer in n - n + - n silicon structures made by gas phase epitaxy. Etching and capacitance measurements are carried out in a standard cell consisting of an electrolyte reservoir and a pressure device that makes contact with the back of the sample. As an electrolyte, use a 2-3% aqueous solution of HP: H1 10h: H202 1: 1: 1. During the etching process, a bias voltage of 1-2 V is applied to the Schottky barrier, the measured etching current density is 1-3 mA / cm2. The capacity of the Schottky semiconductor-electrolyte barrier is measured at a bias voltage of (-0.3-0) V, at which the frequency and voltage of the testing signal are 3-20 kHz and 0.14 V, respectively. Calculation of mouse concentration and penetration depth in n - n - n carried out by

ZFDAZFDA

/l(t)dt;/ l (t) dt;

X Xi + X2,X Xi + X2,

где N(x) - концентраци  мышь ка в точке X; q - зар д электрона;where N (x) is the concentration of the mouse at point X; q is the electron charge;

Ј - диэлектрическа  проницаемость полупроводника;Ј is the dielectric constant of the semiconductor;

ЕО - диэлектрическа  проницаемость вакуума;EO is the dielectric constant of vacuum;

А - площадь образца; с - измер ема  емкость;A is the sample area; с - measured capacity;

dc/dv - производна  емкости по напр - жению;dc / dv is the derivative of capacitance with respect to voltage;

М - молекул рный вес полупроводника;M is the molecular weight of a semiconductor;

Z- валентность полупроводника; F-посто нна  Фараде ;Z-valence of a semiconductor; F-constant Farad;

D - плотность полупроводника;D is the density of the semiconductor;

t - текущий момент времени;t - the current time;

l(t) - ток травлени  в момент времени t;l (t) is the etching current at time t;

Т - врем  травлени . В данном случае q 1,6 -10 19 Кл, е-11,8, е0-8,85- Ф/Ом,T is the etching time. In this case, q 1.6 -10 19 Cl, e-11.8, e0-8.85-F / Ohm,

А 0,1 см2. М 28, Z 4, F 96485 Кл/г -экв, 0 2,32 г/см3.A 0.1 cm2. M 28, Z 4, F 96485 C / g-eqv, 0 2.32 g / cm3.

Накопление результатов измерени  ем- кости и тока травлени , а также расчет N(x) и х по приведенным формулам осуществл ют с помощью ЭВМ.The accumulation of the results of measuring the capacitance and the etching current, as well as the calculation of N (x) and x using the above formulas, is carried out using a computer.

На чертеже приведена диаграмма типичного профил , полученного в результате измерений.The drawing shows a diagram of a typical profile obtained from measurements.

Дл  проверки полученных результатов в структурах дополнительного проведено измерение поверхностной концентрации мышь ка c-v методом с помощью Нд-зонда после химического стравливани  сло  заданной толщины. Поверхностную концентрацию измер ют в 3 точках.To check the results obtained in the additional structures, we measured the surface concentration of the mouse with the c-v method using an Nd probe after chemical etching of a layer of a given thickness. Surface concentration is measured at 3 points.

Режимы измерени  и полученные при этом результаты, а также результаты срав- нительного измерени  в соответствующих точках приведены в таблице.The measurement modes and the results obtained therewith, as well as the results of the comparative measurement at the corresponding points are given in the table.

Анализ результатов измерений показывает , что предлагаемый способ обеспечивает достижение цели, а именно позвол ет измерить профиль легировани  в структурах указанного типа с толщиной слоев до 50 мкм, при этом значени  концентрации, измеренные предлагаемым способом и c-v методом , совпадают с погрешностью ±15%, что вполне удовлетворительно дл  измерений данного типа (см. таблицу).Analysis of the measurement results shows that the proposed method achieves the goal, namely, it allows to measure the doping profile in structures of the specified type with layers up to 50 microns, and the concentration values measured by the proposed method and the cv method coincide with an error of ± 15%, which quite satisfactory for measurements of this type (see table).

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает возможность измерени  профил  концентрации легирующей примеси в кремниевых структурах, полученных газофазной эпитаксией n - n+- n -типа, что позвол ет проводить входной контроль и оптимизировать технологические процессы при изготовлении фотоприемников с блоки- ровкой проводимости по примесной зоне и других полупроводниковых приборов.Thus, the proposed method makes it possible to measure the dopant concentration profile in silicon structures obtained by gas phase epitaxy of n - n + - n -type, which allows for input control and optimization of technological processes in the manufacture of photodetectors with conductivity blocking along the impurity zone and other semiconductor devices.

Claims (1)

Формула изобретени  Способ определени  профил  концент- рации легирующей примеси в кремниевых эпитаксиальных структурах, включающий электрохимическое травление образца, измерение емкости барьера Шоттки полупроводник - электролит и тока электрохимического травлени , расчет профил травление провод т в2-3%-ном водном расконцентрации легирующей примеси,творе НР:НМОз:Н202 1:1:1 при налр жео тличающийс  тем, что, с цельюнии смещени  1-2 В, а емкость барьераClaim Method The method for determining the concentration profile of the dopant in silicon epitaxial structures, including electrochemical etching of the sample, measuring the capacity of the Schottky barrier, semiconductor electrolyte, and current of electrochemical etching; : NMOZ: H220 1: 1: 1 with a voltage similar to that in order to offset 1-2 V, and the barrier capacity обеспечени  возможности измерени 5 Шоттки измер ют при напр жении смещеструктур п - п+- п -типа, электрохимическоени  (-О.З-О)В.enabling measurement 5 Schottky is measured at the voltage of the n - n + - n -type displacement structures, electrochemical (-O.H-O) B. 20 Е-i1111 -г20 E-i1111 - g V 17V 17 лl 1313 I I II I I 8 eight 1one 8 10 72 74 16 J3 208 10 72 74 16 J3 20 Х(т)X (t) 2020