ТЕСТОВАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОДОВ ШОТТКИ НА КАРБИДЕ КРЕМНИЯ

Областью применения предлагаемой полезной модели является микроэлектроника, а именно контроль качества при производстве полупроводниковых приборов на основе кремния и карбида кремния.
При изготовлении диодов Шоттки в промышленности используют в качестве тестовых ячеек рабочие диоды.
Известна тестовая ячейка для контроля качества изготовления диодов Шоттки, состоящая из сформированных на эпитаксиальной структуре одного типа проводимости, планарного рабочего перехода и делительных колец другого типа проводимости (см., например, статью П.А. Иванова «Высоковольтные (1800 В) планарные p-n-переходы на основе 4H-SiC с плавающими охранными кольцами» из журнала «Физика и техника полупроводников» том 43, вып. 4, 2009 г., стр. 527-520). Кроме плавающих охранных колец внутри контакта Шоттки для снижения токов утечки применяют дополнительные переходы (JBS-структуры) (см. диссертацию R.P.  «Planar Edge Terminations and Related Manufacturing Process Technology for High Power 4H-SiC Diodes», 2005 г., p. 55-66).
Основным недостатком данной тестовой ячейки является то, что на ней невозможно вести контроль до формирования системы металлизации на диоде Шоттки, что снижает оперативность контроля и затрудняет установление причин дефектов, так как, например, брак по величине обратного тока утечки может зависеть от качества контакта Шоттки либо от дефектов в плавающих охранных кольцах.
Для установления причин дефектов формируют дополнительные тестовые ячейки, которые позволяют установить причину дефектов.
Указанные выше недостатки частично устранены в тестовой ячейке для контроля качества изготовления диодов Шоттки, состоящей из рабочего диода Шоттки, сформированного на эпитаксиальной структуре одного типа проводимости и содержащего охранное кольцо другого типа проводимости, внутри которого сформированы блокирующие р-n-переходы того же типа проводимости, что и охранное кольцо, и контакт Шоттки. Тестовая ячейка содержит первый дополнительный диод Шоттки такой же конструкции, как и рабочий, площадь которого в 4 раза больше или меньше, чем площадь рабочего диода, а периметр соответственно в 2 раза больше или меньше, чем периметр рабочего диода, и второй дополнительный диод Шоттки такого же размера, как и рабочий, но выполненный без блокирующих р-n-переходов (см., например, патент RU 156622 класса H01L 21/ 66).
Основным недостатком этой тестовой ячейки для контроля качества изготовления диодов Шоттки, является то, что она не позволяет определить качество работы делительных колец диода Шоттки до нанесения металлизации, что снижает оперативность контроля и не позволяет на ранних этапах изготовления диода Шоттки принять меры по устранению недостатков. Кроме того, данная тестовая ячейка не позволяет оперативно проводить контроль охранной системы на основе JTE-колец.
Результатом предлагаемой полезной модели является повышение и расширение возможностей оперативности контроля планарных элементов, повышающих напряжение пробоя на основе слаболегированных JTE-колец.
Указанный технический результат достигается тем, что тестовая ячейка для контроля качества изготовления диодов Шоттки на карбиде кремния, состоящая из рабочего диода Шоттки, сформированного на эпитаксиальной структуре одного типа проводимости и содержащего охранную систему из колец другого типа проводимости, отличающаяся тем, что в ней дополнительно сформирован диод такой же конструкции, как и рабочий, у которого по всей площади контакта Шоттки сформирован участок другого типа проводимости глубиной равной глубине внутреннего кольца.
Наличие в тестовой ячейке дополнительного диода предлагаемой конструкции позволяет на этапе формирования делительных плавающих охранных колец и JTE-колец проверить их работоспособность подачи потенциала на р-n-переход, образованный участком другого типа проводимости.
Если полученное напряжение пробоя этого диода будет ниже ожидаемого, то есть возможность сформированную структуру подвергнуть термообработке для увеличения глубины р-n-перехода и уменьшение зазоров между делительными кольцами, что повышает оперативность контроля и повышает выход годных.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 представлен разрез тестовой ячейки прототипа (рабочий диод Шоттки); на фиг. 2 и 4 представлены разрезы предлагаемой тестовой ячейки; на фиг. 3 и 5 представлены разрезы соответствующих рабочих диодов Шоттки, где:
+
1 - карбидокремниевая подложка n-типа проводимости;
2 - эпитаксиальный слой n-типа проводимости;
3 - охранная система из плавающих делительных колец и примеси р-типа проводимости;
4 - внутреннее кольцо, контактирующее с переходом Шоттки;
5 - окисел кремния;
6 - зона контакта Шоттки;
7 - участок р-типа проводимости сформированный по всей площадке контакта Шоттки, глубиной равной глубине внутреннего кольца;
8 - участок в виде кольца (JTE-кольца) большей глубины, чем охранное кольцо;
9 - металлизация алюминием контакта Шоттки;
X1 - глубина участка 7;
Х2 - глубина кольца 4.
Обычно диод Шоттки на основе карбида кремния имеет структуру, разрез которой показан на фиг. 1 и изготавливается следующим образом.
+
-
13
-3
15
-2
15
-2
j
На карбидокремниевой подложке n-типа проводимости 1 политипа 4Н формируют эпитаксиальный слой n-типа проводимости 2 толщиной 13 мкм с концентрацией примеси 5⋅10 см. Для повышения напряжения пробоя по периферии зоны контакта Шоттки 6, двухстадийной имплантацией ионами бора с дозами 3·10 см и 6·10 см с энергиями 150 КэВ и 350 КэВ, соответственно, на глубине x (для бора глубина ≈0,8 мкм) формируют охранную систему из плавающих делительных колец и примеси р-типа проводимости 3 и внутреннего кольца, контактирующего с переходом Шоттки 4, с последующим высокотемпературным отжигом Т=1580°С, вследствие чего происходит активация примеси и примесь диффундирует как вглубь эпитаксиального слоя, так и в боковые грани, образуя делительные кольца глубиной 0,8 мкм. Затем всю эпитаксиальную структуру окисляют до получения слоя окисла кремния 5, равного 0,1 мкм, при температуре 1150°С. Затем электронно-лучевым напылением формируют в зоне 6 контакт Шоттки из слоя металлизации алюминия 9 толщиной 3 мкм.
После изготовления диода Шоттки контролируют его пробивные напряжения, используя в качестве тестовой структуры рабочий диод. В некоторых случаях из-за отклонения технологического процесса фотолитографии, высокотемпературного отжига, в частности увеличенных зазоров между кольцами, уменьшенной глубины р-области, пробивное напряжение будет занижено из-за неподключения при этих отклонениях делительных колец. Исправить этот дефект после формирования контакта Шоттки невозможно.
Предлагаемую тестовую ячейку (фиг. 2) создают одновременно с рабочими диодами (фиг. 3) на этапе двухстадийной имплантации и последующего высотемпературного отжига одновременно с формированием охранной системы из плавающих делительных колец и примеси р-типа проводимости 3 путем формирования участка р-типа проводимости по всей площади контакта Шоттки 7. После вскрытия в окисле области контакта Шоттки 6 вскрывается на тестовой ячейке контакт к области 7 и на зондовой установке измеряют пробивные напряжения тестовой ячейки. Если пробивные напряжения оказались занижены, проводят дополнительный высокотемпературный отжиг, при котором зазоры между кольцами охранной системы уменьшаются и пробивное напряжение растет.
На фиг. 4 приведен второй вариант тестовой ячейки, когда в качестве охранной системы используют кольцо 8 с пониженной концентрацией примеси бора по сравнению с концентрацией бора во внутреннем кольце 4 и уменьшенной энергией имплантации (JTE-кольца). Тестовая ячейка (фиг. 4) создается одновременно с рабочими диодами (фиг. 5) путем формирования во внутреннем кольце 4 в месте расположения контакта Шоттки р-n-перехода 7. После вскрытия в окисле области контакта Шоттки 6 вскрывается на тестовой ячейке контакт к области 7 и на зондовой установке измеряют пробивные напряжения тестовой ячейки.