CN101383306A - 一种测量碲镉汞材料pn结结深的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量碲镉汞材料pn结结深的方法。本发明采用激光束诱导电流方法来测量碲镉汞材料pn结结深，当激光束照射在被测的pn结区域时必然会产生LBIC电流，随着碲镉汞材料的逐层被腐蚀，内建电场逐渐减弱直至消失，此时碲镉汞材料腐蚀的深度即为pn结结深。本发明的测量方法无需多次制备电极，测试方法简单，测试结果准确。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料测量方法，具体是指一种测量碲镉汞材料pn结结深的方法，它适用于红外探测器碲镉汞材料的平面结和台面结的结深测量。
背景技术
pn结的结深是制备半导体器件的一个关键参数，结深的测量方法很多，比如扩展电阻法、磨角染色法、滚槽法和阳极氧化法等。但这些方法斗不适于碲镉汞材料pn结结深的测量，其原因是：碲镉汞材料非常脆弱，特别是p型材料，任何的机械加工都会使他反型，因而目前人们通常使用剥层霍耳法。剥层霍耳法是利用p型和n型半导体材料的霍耳电压正好相反的特性，通过多次腐蚀样品表面，每腐蚀一次便在样品表面制备一次电极，测量一次霍耳电压，直至霍耳电压方向相反，此时可认为已腐蚀到结区，再由腐蚀速度估算出碲镉汞材料的腐蚀深度，由此得出结深。由于该方法需要反复做电极，使得操作复杂，测试过程很长，并且腐蚀深度是由腐蚀速度估算得知，测试结果很难做到准确。
发明内容
基于上述剥层霍耳法存在的问题，本发明提供一种无需多次制备电极，测试方法简单，测试结果准确的碲镉汞材料pn结结深的测量方法。
本发明的技术方案是：利用腐蚀液对碲镉汞样品逐次腐蚀，逐层剥离，每腐蚀一次便测量一次激光束诱导电流(Laser Beam Induced Current，LBIC)。由半导体物理学的知识知道，激光照射到半导体的有内建电场的区域时会产生电流信号，而pn结是半导体材料的典型内建电场区域，当激光束照射于该区域时必然会产生LBIC电流，随着碲镉汞材料的逐层被腐蚀，内建电场逐渐减弱直至消失，此时碲镉汞材料腐蚀的深度即为pn结结深。图1及图2为LBIC的原理示意图。
本发明的具体步骤如下：
A.样品制备
在已形成pn结的碲镉汞材料上制作欧姆接触电极(注意是在同型材料上制作电极)，然后把待腐蚀表面除结区外用一层保护膜(比如光刻胶)保护起来。
B.逐次交替腐蚀及LBIC电流的测量
将样品放入溴和乙醇的混合液中腐蚀，其体积比为1:50～200，腐蚀液的温度维持在冰点，腐蚀速率为0.01um/s～0.1um/s。第一次腐蚀时间可根据所测样品pn结的估算高度来控制，以后逐次缩短，特别是接近结区时，要使腐蚀时间缩短到使pn结结深允许的测量误差范围0.1um以内。每腐蚀一次便测一次LBIC电流，通过LBIC电流的强弱来判断是否已腐蚀到达结区，当LBIC电流消失时，停止腐蚀。
C.台阶高度的测量
在测量台阶高度之前，将样品保护膜去除，露出未被腐蚀的原始表面，形成一个高度为结深的台阶，用台阶仪或任何其他可测量台阶的设备测量此台阶高度即可。
本发明的优点在于：测量无需多次制备电极，测试方法简单，测试结果准确。
附图说明
图1为LBIC测量装置原理示意图，图中各编号的定义按编号从小到大的顺序排列依次为：1、2-欧姆接触；3-激光光源；4-激光扫描方向；5-激光束诱导电流；6-pn结长度；7-pn结结深；8-p型材料区；9-n型材料区。
图2为LBIC测量结果原理示意图。
图3为本发明专利测量的LBIC电流。
图4为本发明测得的碲镉汞pn结结深。
具体实施方式
下面对本发明的一个具体实施方式作详细说明：
1.欧姆电极制作：LBIC的测量需要良好的欧姆接触电极，欧姆电极的制作可使用碲镉汞半导体材料通用的欧姆接触制作方法，具体如下：
a)样品清洗：先用三氯乙烯在65℃下清洗20min，然后用乙醚在65℃下清洗20min，再在65℃恒温的丙酮及乙醇中浸泡15min。以上试剂均为分析纯，清洗后的样品表面光亮干净。
b)光刻图形：把需要淀积金属膜与不需淀积的区域用常规光刻工艺形成
c)金属膜淀积：把光刻好的样品置于离子束镀膜机，进行离子束溅射镀锡金薄膜，作为欧姆接触电极，设置离子数流100mA，溅射时间30分钟
2.测量电路制作：把欧姆电极分别与电流表的两极连接起来，形成LBIC测试回路。
3.保护膜的形成：以光刻胶作为腐蚀保护膜，除腐蚀区域外，其他区域全都涂上光刻胶。
4.逐次腐蚀及LBIC电流的测量：
a)推荐使用体积比为1：150的溴和乙醇的混合液作为腐蚀液，其温度保持在冰点，假设pn结的大致高度为1um，第一次腐蚀时间可控制在15s，以后逐次缩短，特别是在接近结区时，腐蚀时间可控制在2s～3s，这样可使碲镉汞的腐蚀在测量精度允许的误差范围0.1um以内。
b)每腐蚀一次便测量一次LBIC电流，以判断是否已达到结区。样品从腐蚀液取出后，立即浸入去离子水中，用高纯氮气吹干后，置于SemiLab公司μ-LBIC设备中，测量LBIC电流，在LBIC由强转弱直至消失时，此时便是结区位置。图3为LBIC电流测试结果。
5.台阶高度测试
在测量台阶高度之前，将样品依次浸于丙酮、乙醇溶液中几秒钟，去掉光刻胶保护膜，露出未被腐蚀的原始表面，用Veeco公司的DEKTAK3台阶仪可方便的测出台阶的高度，其测量结果见图4。
Claims (5)
1.一种测量碲镉汞材料pn结结深的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
A.样品制备：在已形成pn结的碲镉汞材料上制作欧姆接触电极，然后把待腐蚀表面除结区外用一层保护膜保护起来；
B.逐次交替腐蚀及激光束诱导电流的测量：将样品置于腐蚀液中，腐蚀液的温度维持在冰点，腐蚀速率为0.01um/s～0.1um/s；第一次腐蚀时间可根据所测样品pn结的估算高度来控制，以后逐次缩短，特别是接近结区时，要使腐蚀时间缩短到使pn结结深允许的测量误差范围0.1um以内，每腐蚀一次便测一次激光束诱导电流，激光束诱导电流消失时，腐蚀工作结束；
C.台阶高度测试：将样品依次浸于丙酮、乙醇溶液中几秒钟，去掉光刻胶保护膜，露出未被腐蚀的原始表面，用台阶仪测出台阶的高度，即pn结的高度。
2.根据权力要求1所述的一种测量碲镉汞材料pn结结深的方法，其特征在于：步骤A中所说的保护膜是光刻胶。
3.根据权力要求1所述的一种测量碲镉汞材料pn结结深的方法，其特征在于：步骤B中所说的腐蚀液是体积比为1:50～200的溴和乙醇的混合液。
4.根据权力要求1所述的一种测量碲镉汞材料pn结结深的方法，其特征在于：步骤B中所说的激光束诱导电流的测量采用SemiLab公司μ-LBIC设备。
5.根据权力要求1所述的一种测量碲镉汞材料pn结结深的方法，其特征在于：步骤C中所说的台阶仪是Veeco公司的DEKTAK3台阶仪。
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