RU156622U1 - Тестовая ячейка для контроля качества изготовления диодов шоттки - Google Patents

Abstract

Тестовая ячейка для контроля качества изготовления диодов Шоттки, состоящая из рабочего диода Шоттки, сформированного на эпитаксиальной структуре одного типа проводимости и содержащего охранное кольцо другого типа проводимости, внутри которого сформированы блокирующие p-n переходы того же типа проводимости, что и охранное кольцо, и контакт Шоттки, отличающаяся тем, что 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 p-n переходов.

Description

Областью применения данной полезной модели является микроэлектроника, а именно - устройство для контроля качества при производстве полупроводниковых диодов Шоттки.

Известна тестовая ячейка для контроля качества изготовления диодов Шоттки, состоящая из диода Шоттки, сформированного на эпитаксиальной структуре одного типа проводимости (см., например, статью Г.О.Тимофеева «Формирование тестовых ячеек для контроля арсенид-галлиевых микроструктур на пластине» из журнала «Вестник новгородского государственного университета» №75, 2013 г., стр. 39-43).

Основным недостатком этой тестовой ячейки является то, что токи утечки диода Шоттки завышены из-за повешенной напряженности поля на границе края металлизации контакта Шоттки и полупроводника.

Указанный недостаток устранен в диоде Шоттки, сформированном на эпитаксиальной структуре одного типа проводимости и содержащего охранное кольцо другого типа проводимости, внутри которого сформирован контакт Шоттки (см., например, патент США US 4408216, класс H01L 29/48 от 4 октября 1983 г.; патент США US 2004/0211974 A1, класс H01L 29/74 от 28 октября 2004 г.). Оценку качества изготовления диодов Шоттки проводят на тестовой ячейке, в качестве которой берут рабочие диоды.

Однако, оценка качества изготовления с использованием данной тестовой ячейки проводится только по величине пробивного и остаточного напряжений и величине обратного тока. По таким критериям очень сложно установить конкретную причину отклонения. Кроме того, величина обратных токов в таком диоде часто бывает повышенной. Например, при контроле качества диодов Шоттки кремний-силицид платины при формировании слоя силицида и случайном попадании кислорода в установку, где формируется силицид, поверхность кремния повреждается и становится бугристой. Причем, установить степень повреждения поверхности кремния можно только с помощью электронного микроскопа. Бугристая поверхность контакта Шоттки резко повышает величину обратных токов. В диодах Шоттки пассивацию рабочей поверхности обычно проводят окислом кремния. При наличии заряда в оксиде кремния обратные токи также увеличиваются, и сложно определить, какова причина повышения обратных токов, чтобы принять оперативные меры по устранению причины.

Наиболее близкой к предполагаемой полезной модели является тестовая ячейка для контроля качества изготовления диодов Шоттки, состоящая из рабочего диода Шоттки, сформированного на эпитаксиальной структуре одного типа проводимости, содержащего охранное кольцо другого типа проводимости, внутри которого сформированы блокирующие p-n переходы того же типа проводимости, что и охранное кольцо и контакт Шоттки (см., например, статью П.А. Иванова «Токи утечки в 4Н-SiC-диодах Шоттки с интегрированной шоттки - (p-n-структурой)» из журнала «Физика и техника полупроводников» том 46, вып. 3, 2012 г., стр. 411-414). Обедненная область блокирующих p-n переходов при подаче обратного смещения существенно снижает токи утечки.

Недостатком данной тестовой ячейки является то, что если есть утечки в блокирующих p-n переходах, то обратный ток не уменьшается. Например, если поверхность контакта Шоттки на карбиде кремния повреждена из-за сублимации кремния, то поверхность контакта Шоттки и блокирующих p-n переходов становится бугристой, что способствует росту токов утечки. Поэтому данная тестовая ячейка, как и предыдущие, не позволяет оперативно определить причину повышения токов утечки контакта Шоттки.

Целью предполагаемой полезной модели является повышение качества и оперативности контроля при производстве полупроводниковых диодов Шоттки.

Указанная цель достигается тем, что в отличие от известных, предлагаемая тестовая ячейка для контроля качества изготовления диодов Шоттки, состоящая из рабочего диода Шоттки, сформированного на эпитаксиальной структуре одного типа проводимости и содержащего охранное кольцо другого типа проводимости, внутри которого сформированы блокирующие p-n переходы того же типа проводимости, что и охранное кольцо, и контакт Шоттки, содержит еще 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 p-n переходов.

Так как площадь первого дополнительного диода Шоттки в 4 раза больше или меньше, а длина периметра в 2 раза больше или меньше соответственно, чем площадь и периметр рабочего диода, то по величине отношения обратного тока рабочего диода и первого дополнительного диода можно судить о причинах дефектов изготовления. Например, если первый дополнительный диод имеет площадь в 4 раза больше площади рабочего диода, а обратный ток также в 4 раза больше, чем обратный ток рабочего диода, то причиной дефекта является повреждение поверхности контакта Шоттки. Если же обратный ток первого дополнительного диода в два раза больше, чем обратный ток рабочего диода, то причиной дефектов являются утечки по поверхности в области охранного кольца и наличие заряда в оксиде кремния. Если же отличие в обратных токах первого дополнительного и рабочего диодов Шоттки имеют промежуточное значение соотношения, то причина дефектов комплексная.

Сравнивая обратные токи второго дополнительного диода Шоттки и рабочего диода, можно установить, есть ли повреждения поверхности контакта Шоттки. Так, например, если обратные токи рабочего диода Шоттки с блокирующими p-n переходами равны обратным токам второго дополнительного диода, то причиной возрастания обратного тока является повреждение поверхности контакта Шоттки. Если же обратный ток рабочего диода меньше, чем обратный ток второго дополнительного диода, то повреждения поверхности контакта Шоттки нет, а причиной дефектов, скорее всего, является поверхностная утечка в районе охранного кольца. Результаты по выявлению механизма повышения обратного тока на рабочем диоде, полученные при измерении параметров на первом дополнительном диоде Шоттки, уточняются результатами измерения обратных токов на втором дополнительном диоде Шоттки.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. Конструкция предлагаемой тестовой ячейки представлена на фиг. 1 (разрез) и на фиг. 2 (вид сверху). Алгоритм пользования предлагаемой тестовой ячейки представлен на фиг. 3.

Позициями на фиг. 1, 2 обозначены:

А - рабочий диод Шоттки;

Б - первый дополнительный диод Шоттки тестовой ячейки;

В - второй дополнительный диод Шоттки тестовой ячейки;

1 - эпитаксиальный слой;

2 - подложка;

3 - охранное кольцо;

4 - блокирующие p-n переходы;

5 - граница металла контакта Шоттки;

6 - окисел;

7 - слой титана;

8 - слой алюминия;

9 - омический контакт;

H - ширина активной области рабочего диода Шоттки.

На фиг. 3 условно обозначены:

I_ОБР.Р. - величина обратного тока на рабочем диоде Шоттки;

I_ОБР.1Д. - величина обратного тока на первом дополнительном диоде Шоттки;

I_ОБР.2Д. - величина обратного тока на втором дополнительном диоде Шоттки;

Если площадь контакта Шоттки рабочего диода больше 2 мм², то необходимо площадь и периметр первого дополнительного диода уменьшить в 4 и 2 два раза соответственно. Если площадь контакта Шоттки рабочего диода меньше 2 мм², то необходимо площадь и периметр первого дополнительного диода увеличить в 4 и 2 два раза соответственно.

Предлагаемая тестовая ячейка имеет следующую конструкцию: на карбиде кремния политипа 4Н формируют рабочие и дополнительные диоды Шоттки на кремниевой стороне в эпитаксиальном слое 1 n-типа проводимости (см. фиг. 1) толщиной 14 мкм и концентрацией примеси 8·10¹⁵ см^-3 на подложке n-типа из карбида кремния 2 удельным сопротивлением 0,02 Ом·см. Для повышения напряжения пробоя по периферии контакта Шоттки 5 формируют охранное кольцо 3, а в самом контакте Шоттки блокирующие p-n переходы 4, имплантацией бора дозой 3·10⁴ атом/см² и диффузией при температуре 1650°C на глубину x_j (для бора глубина x_j≈2 мкм), затем всю эпитаксиальную структуру окисляют до толщины окисла 6, равной 0,1 мкм, при температуре 1150°C. Далее на обратной стороне пластины формируют омический контакт 9, напыляя слой никеля толщиной 0,2 мкм и вжигая при температуре 950°C в течение 3 минут. Затем напыляют титан 7 толщиной 0,1 мкм и алюминий 8 толщиной 3 мкм.

После формирования контакта Шоттки производят замер ВАХ (замеряют величину обратных токов при подаче обратного смещения на контакт Шоттки). По полученным результатам определяют наличие и причину дефектов в соответствии с алгоритмом (фиг. 3). При отсутствии дефектов должны быть получены следующие параметры:

I_ОБР.Р.≤Iн;

I_ОБР.Р.=1/4I_ОБР.1Д.;

I_ОБР.Р.≤I_ОБР.2Д.

где Iн - установленная для разбраковки максимальная норма на обратный ток для рабочего диода Шоттки.

Claims (1)

1. Тестовая ячейка для контроля качества изготовления диодов Шоттки, состоящая из рабочего диода Шоттки, сформированного на эпитаксиальной структуре одного типа проводимости и содержащего охранное кольцо другого типа проводимости, внутри которого сформированы блокирующие p-n переходы того же типа проводимости, что и охранное кольцо, и контакт Шоттки, отличающаяся тем, что 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 p-n переходов.

   

Images