СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ МАТЕРИАЛЕ
METHOD OF DETERMINING IRREGULARITIES IN SEMICONDUCTOR MATERIAL

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для контроля качества проводящих слоев и поверхностей полупроводниковых пленок, применяемых при изготовлении изделий микроэлектроники, например светоизлучающих диодов и фотодетекторов.
Известны способы определения неоднородностей в полупроводниковых материалах, обусловленных дефектами их структуры, посторонними включениями, наличием участков с неравномерным легированием, которые основаны на электрохимическом оксидировании поверхности исследуемой пленки.
Известен способ определения неоднородностей в полупроводниковых пленках [JP 57056941], который включает формирование тонкой проводящей пленки на исследуемой полупроводниковой пленке и последующее проведение электролиза в растворе фосфорной, уксусной, азотной кислоты с использованием исследуемой полупроводниковой пленки в качестве анода. В процессе электролиза происходит образование оксидной пленки на тех участках сформированной тонкой проводящей пленки, которые расположены поверх мест расположения неоднородностей, присутствующих в исследуемой пленке, поскольку указанные участки обладают более высокой электропроводностью. При этом одновременно под воздействием используемой в качестве электролита кислоты происходит вытравливание участков тонкой проводящей пленки, не защищенных оксидной пленкой. Затем визуально определяют локализацию неоднородностей в исследуемой полупроводниковой пленке, которая соответствует локализации на ее поверхности участков, покрытых пленкой оксида.
Рассматриваемый способ является сложным, что связано с необходимостью предварительного нанесения на исследуемую пленку тонкой проводящей пленки.
Известен способ определения неоднородностей в полупроводниковом материале, в частности в кристаллической пленке из карбида кремния [JP 63025943], который выбран авторами в качестве ближайшего аналога.
Рассматриваемый способ включает анодное оксидирование поверхности полупроводниковой пленки в водном растворе электролита. В качестве водного раствора электролита используют водный раствор фтористоводородной кислоты, процесс электролиза ведут в течение от 30 с до 10 мин при постоянном напряжении от 5 до 15 В. Одновременно под воздействием используемой в качестве электролита фтористоводородной кислоты происходит вытравливание образующейся пленки оксида. Затем осматривают протравленную поверхность исследуемой полупроводниковой пленки с помощью оптического микроскопа и визуально определяют места расположения в ней неоднородностей.
Недостатком рассматриваемого способа является необходимость использования специального оптического оборудования, а именно микроскопа, что усложняет способ. Кроме того, для вытравливания пленки оксида в рассматриваемом способе используется агрессивный химический агент - фтористоводородная кислота, которая относится к вредным соединениям.
Задачей заявляемого изобретения является создание нового способа определения неоднородностей в полупроводниковом материале.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе определения неоднородностей в полупроводниковом материале, включающем анодное оксидирование поверхности твердого тела из полупроводникового материала в водном растворе электролита и последующее визуальное определение мест расположения неоднородностей на поверхности твердого тела, согласно изобретению в качестве водного раствора электролита используют водный раствор фосфорной кислоты с концентрацией от 0,05 до 0,1 М, процесс электролиза ведут в течение от 0,5 до 5,0 с при постоянном напряжении от 30 до 130 В, при этом о местах расположения неоднородностей в твердом теле из полупроводникового материала судят по местам расположения на его поверхности участков, цвет или цветовой тон которых отличается от цвета или цветового тона остальной поверхности твердого тела.
В заявляемом способе в результате электролиза на поверхности исследуемого твердого тела из полупроводникового материала образуется пленка оксида. В ходе проведения экспериментальных исследований авторами были подобраны электролит и режимы анодного оксидирования, при которых на поверхности твердого тела образуется оксидная пленка небольшой толщины (не более 1 мкм). Цвет указанной тонкой оксидной пленки определяется ее оптической толщиной, прямо пропорциональной толщине пленки. Участки поверхности с более высокой электропроводностью, соответствующие местам расположения неоднородностей в исследуемом твердом теле, окисляются быстрее, оксидная пленка над этими участками имеет большую толщину и, соответственно, отличается по цветовому тону от цветового тона оксидной пленки на остальной части поверхности. При этом оксидная пленка, образовавшаяся над неоднородностями, представляющими собой включения вещества другой химической природы, может иметь иной цвет, чем цвет оксидной пленки над остальной частью поверхности.
То есть, по наличию и местам расположения участков оксидной пленки, цветовой тон или цвет которых отличается от цвета или цветового тона остальной поверхности оксидной пленки, можно визуально судить о наличии и местах расположения имеющихся в исследуемом твердом теле неоднородностей. При этом визуальное определение неоднородностей можно осуществлять невооруженным глазом или, в случае исследования твердых тел относительно малого размера, с использованием оптического микроскопа.
При времени электролиза более 5,0 с оптические свойства образующейся оксидной пленки выравниваются по ее объему, что снижает чувствительность визуального определения неоднородностей.
При величине напряжения свыше 130 В может наступить пробой оксидной пленки, что ведет к нарушению процесса анодного оксидирования.
При времени проведения электролиза менее 0,5 с оксидная пленка, доступная для наблюдения, на поверхности исследуемого твердого тела не успевает образоваться.
Важным в заявляемом способе является выбор в качестве электролита водного раствора фосфорной кислоты с концентрацией 0,05 до 0,1 М, которая обеспечивает достаточную для протекания электрохимического процесса проводимость и при этом не оказывает разрушающего действия на оксидную пленку.
При концентрации фосфорной кислоты в водном растворе менее 0,05 М проводимость электролита становится слишком низкой. При концентрации фосфорной кислоты в водном растворе более 0,1 М из-за повышения вязкости электролита замедляется движение реагентов вблизи поверхности оксидируемого твердого тела, и за указанное время электролиза оксидная пленка не успевает образоваться.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является создание нового способа определения неоднородностей в полупроводниковом материале, основанного на визуальном определении на поверхности исследуемого твердого тела участков, цветовой тон или цвет которых отличается от цветового тона или цвета остальной поверхности твердого тела.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Проводят электрохимический процесс оксидирования исследуемого твердого тела из полупроводникового материала в растворе электролита, в качестве которого используют водный раствор фосфорной кислоты с концентрацией от 0,05 до 0,1 М, при этом испытуемое твердое тело служит анодом. В качестве материала катода могут быть использованы, например, платина, графит. Процесс ведут при постоянном напряжении 30-130 В в течение 0,5-5,0 с. В ходе электролиза на поверхности испытуемого твердого тела образуется оксидная пленка.
По окончании процесса электролиза визуально определяют участки поверхности исследуемого твердого тела, цвет или цветовой тон которых отличается от цвета или цветового тона остальной поверхности твердого тела, и по наличию и местам расположения указанных участков судят о наличии и местах расположения имеющихся в исследуемом твердом теле неоднородностей. При этом визуальное определение неоднородностей можно осуществлять невооруженным глазом или, в случае исследования твердых тел относительно малого размера, с использованием оптического микроскопа.
Возможность реализации заявляемого способа показана в примерах конкретного выполнения.
Пример 1
Определяли наличие неоднородностей в арсениде галлия.
Осуществляли анодное оксидирование испытуемого образца в водном растворе фосфорной кислоты с концентрацией 0,05 М.
Процесс электролиза вели при постоянном напряжении 30 В в течение 0,5 с. В ходе электролиза на поверхности испытуемой пленки твердого тела образовалась оксидная пленка. По окончании процесса визуально исследовали оксидированную поверхность испытуемой пленки. Обнаружили, что большая часть поверхности пленки имела светло-синий цвет, при этом наблюдались участки поверхности, имеющие желтый цвет. По наличию и местам расположения участков с желтым цветом судили о наличии и местам расположения неоднородностей, присутствующих в пленке арсенида галлия.
Пример 2
Определяли наличие неоднородностей в образце из антимонида галлия.
Осуществляли анодное оксидирование испытуемой пленки в водном растворе фосфорной кислоты с концентрацией 0,05 М.
Процесс электролиза вели при постоянном напряжении 130 В в течение 0,5 с. В ходе электролиза на поверхности испытуемой пленки твердого тела образовалась оксидная пленка. По окончании процесса визуально исследовали оксидированную поверхность испытуемой пленки. Обнаружили, что большая часть поверхности пленки имела голубой цвет, при этом наблюдались участки поверхности, имеющие более темный синий цвет. По наличию и местам расположения участков с более темным синим цветом судили о наличии и местах расположения неоднородностей, присутствующих в образце антимонида галлия.
Пример 3
Определяли наличие неоднородностей в образце из антимонида индия.
Осуществляли анодное оксидирование испытуемой пленки в водном растворе фосфорной кислоты с концентрацией 0,1 М.
Процесс электролиза вели при постоянном напряжении 100 В в течение 5,0 с. В ходе электролиза на поверхности испытуемой пленки твердого тела образовалась оксидная пленка. По окончании процесса визуально исследовали оксидированную поверхность испытуемой пленки. Обнаружили, что большая часть поверхности пленки имела светло-синий цвет, при этом наблюдались участки поверхности, имеющие более темный синий цвет. Кроме того, наблюдались точечные участки красного цвета. По наличию и местам расположения участков с более темным синим цветом и участков красного цвета судили о наличии и местам расположения неоднородностей, присутствующих в пленке антимонида индия.