Способ разбраковки полупроводниковых кремниевых диодных структур

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ РАЗБРАКОВКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРЕМНИЕВЫХ ДИОДНЫХ СТРУКТУР(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Коршунов Федор Павлович Марченко Игорь Георгиевич Жданович Николай Евгеньевич(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ разбраковки полупроводниковых кремниевых диодных структур, характеризующийся тем, что изготавливают тестовую структуру в виде полуизолированной области, расположенной со стороны базовой области разбраковываемой пластины, содержащей высоколегированный слой, изолированный от контролируемой структуры воздушным зазором, и - переход, причем воздушный зазор выполняют с глубиной, большей, чем толщина высоколегированного слоя, но меньшей, чем глубина залегания - перехода, а площадь тестовой структуры определяют из условия, что ее исходное сопротивление составляет по меньшей мере 0,5 величины шунтирующего сопротивления - перехода в местах выхода последнего на поверхность пластины прикладывают к тестовой структуре контакты и пропускают через нее импульсы прямого, а затем обратного тока, измеряют 13236 1 2010.06.30 прямое падение напряжения и определяют время жизни неосновных носителей заряда в базовой области, по которому осуществляют разбраковку структур, причем измеряют прямое падение напряжения посредством дополнительных контактов, прикладываемых к тестовой структуре. Изобретение относится к области контроля параметров полупроводниковых структур и может быть использовано для разбраковки полупроводниковых структур и приборов. Известен 1 способ разбраковки полупроводниковых приборов (ПП) на пластине, который заключается в воздействии электрического поля, создаваемого коронным разрядом,полярность которого соответствует инверсии перехода, измерении тока через диэлектрик, обусловленного коронным разрядом. При этом производят измерение вольтамперных характеристик (ВАХ) или вольт-фарадных характеристик (ВФХ), или ампершумовых характеристик (АШХ) при повышенном или пониженном атмосферном давлении при токах через диэлектрик, устанавливаемых на представительной выборке ППИ по максимальному разбросу ВАХ или ВФХ, или АШХ, снятых при значениях тока через диэлектрик от 10-7 до 10-4 А/см 2, определяют соответственно эталонные ВАХ или ВФХ, или АШХ и на основании сравнения соответственно измеренных ВАХ или ВФХ, или АШХ с эталонными разделяют партию ППИ на менее надежные и надежные изделия. Однако этот способ не позволяет выявить возможный брак в диодных структурах на пластинах до скрайбирования их на отдельные диоды. Известен 2 способ отбраковки полупроводниковых пластин после операций диффузии,включающий стравливание части окисла после операции диффузии для визуального выявления степени проникновения слоев противоположного типа проводимости в пластину. Однако отбраковка пластин данным способом не позволяет оценивать значение статических параметров изготавливаемых диодов и определять на стадии производства возможный брак по значению прямого падения напряжения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ 3 разбраковки диодных структур по оценке прямого падения напряженияна приборах с переходами на основании измерений времени жизни неосновных носителей заряда (ННЗ) (ННЗ) в базе приборов при условии высокого уровня инжекции в ней. Время жизни ННЗ при этом измеряется по методу Лакса. Однако для отбраковки диодных структур этим способом необходимо создавать на пластинах тестовые структуры или скалывать часть структуры для получения изолированного диода, что снижает процент выхода годных приборов, затрудняет оценку разброса значений времени жизни по площади пластин и возможность 100 отбраковки негодных пластин. Задача изобретения - увеличение достоверности разбраковки и снижение потерь материала структуры. Способ разбраковки полупроводниковых кремниевых диодных структур, характеризующийся тем, что изготавливают тестовую структуру в виде полуизолированной области, расположенной со стороны базовой области разбраковываемой пластины, содержащей высоколегированный слой, изолированный от контролируемой структуры воздушным зазором и переход, причем воздушный зазор выполняют с глубиной, большей, чем толщина высоколегированного слоя, но меньшей, чем глубина залегания перехода, а площадь тестовой структуры определяют из условия, что ее исходное сопротивление составляет по меньшей мере 0,5 величины шунтирующего сопротивления перехода в местах выхода последнего на поверхность пластины прикладывают к тестовой структуре контакты и пропускают через нее импульсы прямого, а затем обратного тока, измеряют прямое падение напряжения и определяют время жизни неосновных носителей заряда в 2 13236 1 2010.06.30 базовой области, по которому осуществляют разбраковку структур, причем измеряют прямое падение напряжения посредством дополнительных контактов, прикладываемых к тестовой структуре. Сущность изобретения заключается в том, что наличие в технологическом процессе производства диодов высокотемпературных операций диффузии приводит к образованию дефектов термообработки, снижающих время жизни неосновных носителей заряда в базе диодов. Снижение времени жизни НЗЗ НЗЗ ниже определенного граничного значения (заранее определенного для каждого типа диодов) приводит к росту прямого падения напряженияна диодах и к выходу его за рамки требуемого. Изменениевозможны только на готовых приборах и поэтому для оценкипроводят измерения НЗЗ при высоком уровне инжекции после каждой высокотемпературной операции. В этом случае, если НЗЗ ниже граничного значения, пластины изымают из производства и направляют на дополнительную термообработку, увеличивающую НЗЗ, или на изготовление диодов других типов. Однако измерение НЗЗ непосредственно на пластинах практически невозможно из-за большой площади последних, что не даст возможности достигнуть высокого уровня инжекции, и наличия шунта в местах выхода перехода на поверхность пластины. При этом часть тока течет через шунт, что приводит к нестабильности уровня инжекции при измерении НЗЗ на разных пластинах и невозможности определения из эпюр тока и напряжения момента восстановления перехода, а следовательно, достоверного измерения времени жизни. Поэтому для измерений НЗЗ данным способом необходимо создавать изолированные диодные структуры, что приводит к выходу в брак части пластины, а также не всегда наблюдается соответствие между значениямиоцененными по значениям НЗЗ и измеренными впоследствии на готовых приборах. Для увеличения достоверности предварительной разбраковки и снижения материалоемкости способа, разбраковку проводят по значениям времени жизни ННЗ, измеренным в тестовой структуре, выполненной в виде полуизолированной области, расположенной со стороны базовой области пластины, распространяющейся на глубину, большую, чем глубина залегания высоколегированного слоя, и меньшую, чем глубина залегания -перехода, имеющей исходное сопротивление СТР не менее 0,5 величины сопротивления шунтирующего перехода в местах его выхода на поверхность пластины. При этом регистрацию импульсов напряжения производят с помощью дополнительных потенциальных контактов. На фигуре показана тестовая структура. Структура содержит токовые контакты 1, потенциальные контакты 2, базовую область 3, тестовую структуру 4, воздушный зазор 5,высоколегированный слой 6, разбраковываемую пластину 7, переход 8. Пример конкретного выполнения. Была проведена отбраковка 10 партий пластин кремния по 30 шт. в каждой. Глубина залегания подлегирующего-слоя составляла 10 мкм, глубина залегания перехода 200 мкм. Удельное сопротивление исходного кремния 32 Омсм. Тестовые структуры создавались как скалыванием части пластины, так и созданием полуизолированной области. Полуизолированная область площадью 4 мм 2 и глубиной 100 мкм создавалась проточкой алмазным резцом. Ширина проточки составляла 1 мм. Площадь полуизолированной области, необходимая для достоверных измерений времени жизни - неосновных носителей заряда (НЗЗ), определялась на основании измерений сопротивления Ш шунтирующего -переход в местах его выхода на поверхность пластины. Измерения Ш осуществляются омметром между точками, расположенными на разных сторонах пластины в местах, где предполагается создать тестовую структуру. Площадьтестовой структуры, необходимая для выполнения условия СТР 0,5 Ш,определяется из выражения 13236 1 2010.06.30 где- удельное сопротивление материала базы- глубина полуизолированной области- площадь тестовой структуры. Измерения, проведенные на большом количестве пластин, показывают, что сопротивление шунта лежит, как правило, в интервале 0,3 ОмШ 3 Ом. Поэтому для диодов КД 202, изготавливаемых на пластинах с 32 Омсм, условие СТР 0,5 Ш выполняется для площади тестовой структуры 10 мм 2. Сравнение результатов разбраковки, проведенных описываемым способом и способом-прототипом проводилось путем измеренияна диодах, изготовленных из пластин как прошедших, так и не прошедших разбраковку обоими способами. Результаты разбраковки пластин по НЗЗ описываемым способом и способом-прототипом совпадают и дают 100 -ную достоверность оценкидля случаев НЗЗ 15 мкс и НЗЗ 3 мкс. Однако в случае, когда НЗЗ, измеренное вблизи перехода (прототип) или в глубине базовой области (описываемый способ), лежит в интарвале 3 мксНЗЗ 15 мкс, то описываемый способ дает достоверность на 10 большую, чем способ-прототип. Расход материала на 0,9 меньше, чем в способе-прототипе. Источники информации 1. Патент 2316013 С 1, 27.01.2008. 2. Заявка Японии 62-290142, МПК Н 01 21/66, 1987. 3. . . .- 1954.- . 2.- . 1148. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4