RU2094908C1

RU2094908C1 - Nondestructive method for quality control of multilayer semiconductor structures on half-insulated substrates

Info

Publication number: RU2094908C1
Application number: RU94020883/25A
Authority: RU
Inventors: В.Я. Принц
Original assignee: Институт физики полупроводников СО РАН
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1997-10-27
Also published as: RU94020883A

Abstract

FIELD: semiconductor engineering. SUBSTANCE: method includes structure illumination by light pulse whose quantum energy is higher than semiconductor forbidden gap width and microwave measurement of structure nonequilibrium conductance relaxation. Nondestructive contacts are formed in structure, bias voltage is applied to structure and the latter is illuminated on substrate side, light is turned off, and conductance relaxation time constant is recorded and used to determine concentration of holes. EFFECT: enlarged functional capability and informative capacity of method due to determining concentration of holes in buffer layer of standard multilayer structures used for manufacturing integrated circuits and field-effect transistors. 4 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля полупроводниковых многослойных структур на полуизолирующих подложках. The invention relates to semiconductor technology and can be used to control semiconductor multilayer structures on semi-insulating substrates.

Известен целый класс полупроводниковых многослойных структур, выращиваемых или создаваемых на полуизолирующих подложках соединений A³B⁵ и используемых для изготовления сверхбыстродействующих и высокочастотных полевых транзисторов, интегральных схем, оптоэлектронных и других приборов.There is a whole class of semiconductor multilayer structures grown or created on semi-insulating substrates of compounds A ³ B ⁵ and used for the manufacture of ultra-fast and high-frequency field-effect transistors, integrated circuits, optoelectronic and other devices.

Известно, что качество данных структур и приборов на их основе в значительной степени зависит от того, насколько качественно изготовлен буферный слой, расположенный между полуизолирующей подложкой и активным слоем структуры. Назначение буферного слоя отдалить активные слои структуры от загрязненной примесями и дефектами полуизолирующей подложки и улучшить изоляцию отдельных приборов, изготавливаемых из многослойной структуры. (Полевые транзисторы на арсениде галлия, Под ред. Д.В. Ди Лоренцо, Д.Д. Канделуола, М. Радио и связь, 1988, с. 95). It is known that the quality of these structures and devices based on them largely depends on how well made buffer layer located between the semi-insulating substrate and the active layer of the structure. The purpose of the buffer layer is to move away the active layers of the structure from the semi-insulating substrate contaminated with impurities and defects and improve the insulation of individual devices made of a multilayer structure. (Field effect transistors on gallium arsenide, Ed. By D.V. Di Lorenzo, D.D. Candeluola, M. Radio and communications, 1988, p. 95).

Воспроизводимое выращивание структур, содержащих буферный слой с требуемым высоким сопротивлением и малым содержанием примесей и дефектов, как правило, не удается осуществить из-за целого ряда неконтролируемых технологией факторов, таких как фоновый уровень примесей и дефектов при эпитаксии, содержание быстро диффундирующих примесей и дефектов в подложке, невоспроизводимости условий подготовки подложки к росту, начальных условий роста. (Принц В. Я. Самойлов В.А. О контроле емкостными методами эпитаксиальных структур GaAs, предназначенных для изготовления ИС и ПТШ. Микроэлектроника, 1989, т. 18, в. 5, с. 416-420). The reproducible growth of structures containing a buffer layer with the required high resistance and low content of impurities and defects, as a rule, cannot be achieved due to a number of factors uncontrolled by the technology, such as the background level of impurities and defects during epitaxy, the content of rapidly diffusing impurities and defects in substrate, irreproducibility of the conditions for preparing the substrate for growth, initial growth conditions. (Prince V. Ya. Samoilov V.A. On Capacitive Control of GaAs Epitaxial Structures Designed for Fabrication of IC and PTS. Microelectronics, 1989, v. 18, v. 5, p. 416-420).

В связи с этим существует настоятельная необходимость вести 100%-ный входной контроль качества буферного слоя в стандартных структурах и, особенно, в разрабатываемых новых. Типичные приборные полупроводниковые структуры A³B⁵ для изготовления полевых транзисторов с барьером Шоттки, HEMT транзисторов, аналоговых и цифровых интегральных схем представляют собой многослойные структуры, заканчивающиеся высоколегированным контактным слоем. Этот слой улучшает характеристики приборов, но делает невозможным неразрушающий контроль электрических свойств буферных слоев стандартными традиционными методами. Для измерения концентрации носителей заряда (проводимости) внутренних слоев структуры обычно вжигают к слоям омические контакты и выполняют электрофизические измерения при послойном травлении структуры.In this regard, there is an urgent need to conduct 100% input quality control of the buffer layer in standard structures and, especially, in new ones being developed. Typical A ³ B ⁵ instrumented semiconductor structures for the manufacture of Schottky field-effect transistors, HEMT transistors, analog and digital integrated circuits are multilayer structures ending in a high-alloy contact layer. This layer improves the characteristics of the devices, but makes it impossible to non-destructive testing of the electrical properties of the buffer layers by standard traditional methods. To measure the concentration of charge carriers (conductivity) of the inner layers of the structure, ohmic contacts are usually burned to the layers and electrophysical measurements are carried out during layer-by-layer etching of the structure.

Данные операции весьма трудоемки, требуют затрат значительного количества времени, приводят к разрушению всей или части структуры и не могут быть рекомендованы для массового контроля параметров структур. These operations are very laborious, require a considerable amount of time, lead to the destruction of all or part of the structure and cannot be recommended for mass control of the parameters of structures.

Известен целый ряд неразрушающих способов контроля параметров полупроводниковых структур, в том числе многослойных, выращенных на полуизолирующих подложках (Полупроводниковые приборы и их применение. Сб. статей N 23, М: Сов. радио, 1970, с. 3-48). В основе этих способов лежит достаточная прозрачность таких структур для электромагнитного СВЧ-излучения и то, что поглощение СВЧ-излучения в полупроводниковых структурах осуществляется свободными носителями. Чем больше суммарная концентрация носителей заряда в структуре, тем большая часть СВЧ-мощности, падающая на структуру, поглощается в структуре или отражается от нее. Это свойство СВЧ-излучения используют методы измерения времени жизни носителей заряда в полупроводниках. A number of non-destructive methods are known for controlling the parameters of semiconductor structures, including multilayer ones grown on semi-insulating substrates (Semiconductor devices and their application. Collection of articles N 23, M: Sov. Radio, 1970, pp. 3-48). The basis of these methods is the sufficient transparency of such structures for electromagnetic microwave radiation and the fact that the absorption of microwave radiation in semiconductor structures is carried out by free carriers. The higher the total concentration of charge carriers in the structure, the greater part of the microwave power incident on the structure is absorbed in the structure or reflected from it. This property of microwave radiation uses methods for measuring the lifetime of charge carriers in semiconductors.

Известен способ измерения релаксации носителей заряда после освещения полупроводниковой структуры светом с энергией большей ширины запрещенной зоны полупроводника (M.Kunst and G.Beck. The study of charge carrier kinetics in semiconductor by microwave conductivity measurements. J. Appl. Phys. 60, 1986, p.35-58-3566). A known method of measuring the relaxation of charge carriers after illuminating the semiconductor structure with light with an energy of a greater band gap of the semiconductor (M. Kunst and G. Beck. The study of charge carrier kinetics in semiconductor by microwave conductivity measurements. J. Appl. Phys. 60, 1986, p. 35-58-3566).

Способ заключается в освещении структуры импульсом света с энергией кванта большей, чем ширина запрещенной зоны полупроводника и измерений СВЧ методом релаксации неравновесной проводимости структуры. The method consists in illuminating the structure with a light pulse with a quantum energy greater than the band gap of the semiconductor and microwave measurements by the method of relaxation of the nonequilibrium conductivity of the structure.

Данный способ не позволяет оценивать концентрацию носителей заряда в буферных слоях, расположенных внутри многослойной структуры. Наиболее близким техническим решением является способ контроля качества многослойных полупроводниковых структур на полуизолирующих подложках, заключающийся в освещении структуры импульсом света с энергией кванта большей, чем ширина запрещенной зоны полупроводника, и измерении СВЧ-методом релаксации неравновесной проводимости структуры (W.Jantz, Th.Frey and K.H.Bachem. Characterization of Active Layers in GaAs by Microwave Absorption. Appl. Phys. A 45, 1988, p. 225-232). Данный способ позволяет, измеряя релаксации фотопроводимости в зависимости от температуры, оценивать ширину запрещенной зоны, но не позволяет определять концентрацию дырок в буферном слое, расположенном внутри многослойных структур. This method does not allow to evaluate the concentration of charge carriers in the buffer layers located inside the multilayer structure. The closest technical solution is a method for controlling the quality of multilayer semiconductor structures on semi-insulating substrates, which consists in illuminating the structure with a light pulse with a quantum energy greater than the band gap of the semiconductor and measuring with the microwave method the relaxation of the nonequilibrium conductivity of the structure (W.Jantz, Th.Frey and KHBachem. Characterization of Active Layers in GaAs by Microwave Absorption. Appl. Phys. A 45, 1988, p. 225-232). This method allows, by measuring the relaxation of photoconductivity depending on temperature, to estimate the band gap, but does not allow to determine the concentration of holes in the buffer layer located inside the multilayer structures.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и информативности неразрушающего способа контроля качества многослойных полупроводниковых структур на полуизолирующих подложках за счет определения концентрации дырок в буферном слое типичных многослойных структур, предназначенных для изготовления интегральных схем и полевых транзисторов. The technical result of the invention is the expansion of the functionality and information content of a non-destructive method for controlling the quality of multilayer semiconductor structures on semi-insulating substrates by determining the concentration of holes in the buffer layer of typical multilayer structures designed for the manufacture of integrated circuits and field effect transistors.

Технический результат достигается тем, что в способе контроля качества многослойных полупроводниковых структур на полуизолирующих подложках, заключающемся в освещении структуры импульсом света с энергией кванта света большей, чем ширина запрещенной зоны полупроводника, и измерении СВЧ методом релаксации неравновесной проводимости структуры к структуре, которая содержит буферный слой, формируют неразрушающие контакты: со стороны полуизолирующей подложки жидкий, прозрачный для СВЧ-излучения спиртовой контакт, а со стороны поверхности проводящего слоя -прижимной, точечный металлический, затем через данные контакты прикладывают к переходу подложка буферный слой - активный слой обратное смещение и освещают структуру светом, причем освещение производят со стороны подложки, освещая только область жидкого контакта к подложке, после чего выключают свет и по регистрируемому времени релаксации проводимости определяют концентрацию дырок в буферном слое по предварительно выполненной калибровке. The technical result is achieved by the fact that in the quality control method of multilayer semiconductor structures on semi-insulating substrates, which consists in illuminating the structure with a light pulse with a quantum energy greater than the band gap of the semiconductor, and measuring the microwave method of relaxation of the nonequilibrium conductivity of the structure to a structure that contains a buffer layer form non-destructive contacts: on the side of the semi-insulating substrate, a liquid contact, transparent for microwave radiation, an alcohol contact, and on the side of the surface and the conductive layer — pressure, point metal, then through these contacts apply a buffer layer to the substrate transition — the active layer is reverse biased and illuminate the structure with light, and the illumination is produced from the side of the substrate, illuminating only the area of liquid contact to the substrate, after which the light is turned off and the recorded conduction relaxation time determines the concentration of holes in the buffer layer according to a preliminary calibration.

Изобретение поясняется на фиг. 1-4. The invention is illustrated in FIG. 1-4.

Сущность способа поясняется на примере рассмотрения процессов, развивающихся в модулированно-легированной структуре с гетеропереходом AlGaAs/GaAs, используемый для производства HEMT транзисторов. К данной структуре сделаны контакты к активному n-слою (к двумерному электронному газу) и к полуизолирующей подложке (фиг. 1,а). The essence of the method is illustrated by the example of considering processes developing in a modulated-doped structure with an AlGaAs / GaAs heterojunction used for the production of HEMT transistors. The contacts to this active structure are made to the active n-layer (to a two-dimensional electron gas) and to a semi-insulating substrate (Fig. 1, a).

На Фиг. 1,б показана структура та же, но к контактам приложено напряжение (на подложке минус). В электрической цепи, включающей в себя жидкий спиртовой контакт к подложке, полуизолирующую подложку, буферный слой p-типа, активный слой n-типа, n+слой и контакт n+слой металлический зонд, самым высокоомным является содержащий область обеднения p-n переход, образованный буферным слоем и активным слоем. In FIG. 1b, the structure is the same, but voltage is applied to the contacts (minus on the substrate). In an electrical circuit including a liquid alcohol contact to a substrate, a semi-insulating substrate, a p-type buffer layer, an n-type active layer, an n + layer and an n + layer contact, a metal probe, the highest resistance is a depletion region containing a pn junction formed by a buffer layer and active layer.

На данном переходе, содержащем область обеднения, и падает основное напряжение, прикладываемое к структуре, что подтверждается экспериментально. В результате приложения напряжения к структуре область обеднения обратно смещенного p-n перехода возрастает и распространяется в активный n-слой, частично его перекрывая, уменьшая его толщину. At this transition, which contains the depletion region, the main voltage applied to the structure drops, which is confirmed experimentally. As a result of applying voltage to the structure, the depletion region of the reverse biased p-n junction increases and propagates into the active n-layer, partially overlapping it, reducing its thickness.

Изменение толщины активного слоя может быть зарегистрировано неразрушающим образом по изменению отраженного от структуры СВЧ-сигнала. A change in the thickness of the active layer can be detected in a non-destructive manner by a change in the microwave signal reflected from the structure.

Если данную структуру осветить со стороны подложки светом с hv>Eg, генерирующим у поверхности подложки электронно-дырочные пары, то образовавшиеся дырки вытянутся электрическим полем в контакт у подложки, а электроны начнут дрейфовать по направлению к буферному слою и активному слою и захватываться на глубокие уровни в области обеднения, в котором имеется сильное электрическое поле, стимулирующее захват (V.Ya.Prinz, S.N.Rechkunov. Influence of a Strong Electric Filld on the Carrer Capture by Nonradiative Deep-Level Centers in GaAs. Phys. Stat. Sol. (b) 118, 1983, p. 159-165). Захватываясь на глубокие центры, электроны заряжают область обеднения отрицательным зарядом, что вызывает увеличение толщины области обеднения, а? следовательно, уменьшение толщины проводящего слоя. После выключения света область обеднения останется заряженной отрицательно (фиг. 1,в). Время жизни отрицательного заряда на глубоких центрах будет определяться постоянной времени тепловой эмиссии захваченных электронов в зону проводимости и временем рекомбинации захваченных электронов со свободными дырками. If this structure is illuminated from the side of the substrate by light with hv> Eg, which generates electron-hole pairs at the surface of the substrate, then the formed holes are pulled by the electric field into contact near the substrate, and the electrons begin to drift towards the buffer layer and the active layer and are captured to deep levels in a depletion region in which there is a strong electric field that stimulates capture (V. Ya.Prinz, SNRekkunov. Influence of a Strong Electric Filld on the Carrer Capture by Nonradiative Deep-Level Centers in GaAs. Phys. Stat. Sol. (b ) 118, 1983, p. 159-165). Capturing deep centers, electrons charge the depletion region with a negative charge, which causes an increase in the thickness of the depletion region, and? therefore, a decrease in the thickness of the conductive layer. After turning off the light, the depletion region will remain negatively charged (Fig. 1, c). The lifetime of a negative charge at deep centers will be determined by the time constant of thermal emission of trapped electrons into the conduction band and the recombination time of trapped electrons with free holes.

Постоянная времени тепловой эмиссии электронов с глубокой примеси, которая всегда присутствует в полуизолирующих подложках в качестве компенсирующей проводимость (компенсирующая примесь хрома, кислорода), при комнатной температуре обычно больше 100 с. В действительности захваченный заряд исчезает гораздо быстрее, так как может идти процесс рекомбинации захваченных электронов со свободными дырками, с концентрацией p. Время рекомбинации τ_p 1/p. Выполненные нами эксперименты позволили получить калибровочную зависимость, связывающую концентрацию дырок в буферном слое с временем жизни электронов на глубоких примесях, и тем самым подтвердить участие процессов рекомбинации в процессе релаксации заряда в области, заряженной электронами.The time constant of thermal emission of electrons from a deep impurity, which is always present in semi-insulating substrates as compensating for conductivity (compensating an admixture of chromium and oxygen), is usually more than 100 s at room temperature. In fact, the trapped charge disappears much faster, since the process of recombination of trapped electrons with free holes, with concentration p, can take place. Recombination time τ _p 1 / p. Our experiments made it possible to obtain a calibration dependence connecting the hole concentration in the buffer layer with the electron lifetime on deep impurities, and thereby confirm the participation of recombination processes in the process of charge relaxation in the region charged by electrons.

Примеры реализации способа. Examples of the method.

Проверка способа была осуществлена на стандартных промышленных структурах арсенида галлия (САГ-2БК, САГ-6БК), предназначенных для изготовления полевых транзисторов и интегральных схем, структурах фосфида индия и структурах с гетеропереходом AlGaAs/GaAs для HEMT транзисторов. The method was tested on standard industrial structures of gallium arsenide (SAG-2BK, SAG-6BK) intended for the manufacture of field effect transistors and integrated circuits, indium phosphide structures and structures with AlGaAs / GaAs heterojunction for HEMT transistors.

Структуры содержали: полуизолирующую подложку толщиной 300 мкм; буферный слой толщиной 0,6 2,0 мкм; активный n-слой толщиной 300

0,3 мкм, контактный n⁺-слой толщиной 0,2 мкм. Структуры помещались в держатель. Держатель (фиг. 2) состоит из металлического основания 1 с отверстием 2 для ввода СВЧ-излучения. В отверстие 2 вклеена тонкая, прозрачная для СВЧ излучения изолирующая пластина 3, на которую нанесен тонкий слой этилового спирта 4, также прозрачный для СВЧ-излучения. Сверху, подложкой на спирт помещена исследуемая структура (подложка 5, буферный слой и активный слой 6). Спирт контактирует с подложкой исследуемой структуры и с металлическим основанием 1 держателя, которое через вывод 7 соединено с одним из выходов источников напряжения. На металлическое основание помещена крышка (обычно металлическая), которая содержит изолированный от крышки вывод 9 и металлический прижимной контакт 10, касающийся поверхности полупроводниковой шайбы. Снизу расположен источник света 11, с помощью которого освещается поверхность подложки, что приводит к генерации электронно-дырочных пар у поверхности подложки в области жидкого контакта.The structures contained: a semi-insulating substrate 300 microns thick; a buffer layer with a thickness of 0.6 to 2.0 microns; 300 active n-layer

0.3 μm, contact n ⁺ layer 0.2 μm thick. The structures were placed in a holder. The holder (Fig. 2) consists of a metal base 1 with a hole 2 for inputting microwave radiation. A thin, transparent for microwave radiation insulating plate 3 is glued into the hole 2, onto which a thin layer of ethyl alcohol 4 is applied, also transparent for microwave radiation. On top of the substrate, the investigated structure was placed on the alcohol substrate (substrate 5, buffer layer and active layer 6). Alcohol is in contact with the substrate of the structure under study and with the metal base 1 of the holder, which is connected through terminal 7 to one of the outputs of the voltage sources. A lid (usually metal) is placed on a metal base, which contains a terminal 9 isolated from the lid and a metal clamping contact 10 touching the surface of the semiconductor washer. Below is a light source 11, with which the surface of the substrate is illuminated, which leads to the generation of electron-hole pairs near the surface of the substrate in the region of liquid contact.

Процесс измерения заключается в следующем. The measurement process is as follows.

СВЧ-излучение, поступающее с генератора, проходит через СВЧ-тракт и поступает к отверстию 2 в металлическом основании держателя 1, проходит сквозь пластину 3, слой спирта 4, полуизолирующую подложку 5 и частично проходит через буферный и активные слои структуры 6, а частично отражается от этих слоев, и снова через подложку, слой спирта, пластинку выходит из держателя, поступает на циркулятор СВЧ-тракта и направляется на детектор. Сигнал с детектора усиливается и несет информацию о величине проводимости активных проводящих слоев полупроводниковой структуры. На контакты подавалось напряжение 10 В от стандартного источника напряжения или батареи. Изменение напряжения 5 200 В обычно слабо сказывалось на результаты измерений (при наличии однородных буферных слоев). The microwave radiation coming from the generator passes through the microwave path and enters the hole 2 in the metal base of the holder 1, passes through the plate 3, the alcohol layer 4, the semi-insulating substrate 5 and partially passes through the buffer and active layers of the structure 6, and partially reflects from these layers, and again through the substrate, the alcohol layer, the plate leaves the holder, enters the microwave circuit and is sent to the detector. The signal from the detector is amplified and carries information about the conductivity of the active conductive layers of the semiconductor structure. The contacts were supplied with a voltage of 10 V from a standard voltage source or battery. A change in voltage of 5,200 V usually weakly affected the measurement results (in the presence of homogeneous buffer layers).

После подачи смещения структура освещалась со стороны подложки в области жидкого контакта светодиодом АЛ-301 (красный свет). Причем конструкция держателя позволяла освещать только подложку в области жидкого контакта и исключила засветку поверхности структуры со стороны активного слоя. Изменения проводимости структуры, вызванные подачей на нее напряжения и освещения поверхности подложки, а также релаксация проводимости к равновесной величине после выключения света регистрировались с помощью СВЧ -части установки. Отраженная от структуры СВЧ мощность регистрировалась детектором. Продетектированный сигнал поступал на усилитель, затем на осциллограф. Регистрируемые на осциллографе характерные зависимости приведены на (фиг. 3). В момент включения света, в момент времени t₁, проводимость структуры начинала уменьшаться, что регистрировалось по изменению сигнала на СВЧ-детекторе. Скорость этого уменьшения была пропорциональна интенсивности света, т.е. скорости зарядки подложки отрицательным зарядом. Интенсивности светодиода АЛ301 было достаточно, чтобы за 10^-3 с заметно уменьшить проводимость структуры. После выключения света в момент t₂ наблюдался процесс релаксации проводимости структуры к равновесной первоначальной величине. Постоянная времени релаксации проводимости структуры к равновесной величине не зависела от интенсивности и длительности засветки, а зависела только от концентрации дырок в буферном слое структур.After bias was applied, the structure was illuminated from the side of the substrate in the area of liquid contact by the AL-301 LED (red light). Moreover, the holder design made it possible to illuminate only the substrate in the area of liquid contact and excluded the illumination of the structure surface from the side of the active layer. Changes in the conductivity of the structure caused by the supply of voltage to it and illumination of the surface of the substrate, as well as the relaxation of conductivity to an equilibrium value after turning off the light, were recorded using the microwave part of the setup. The power reflected from the microwave structure was recorded by the detector. The detected signal was fed to the amplifier, then to the oscilloscope. The characteristic dependences recorded on the oscilloscope are shown in (Fig. 3). When the light was turned on, at time t ₁ , the conductivity of the structure began to decrease, which was recorded by a change in the signal at the microwave detector. The rate of this decrease was proportional to the light intensity, i.e. negative charge rate of the substrate. The intensity of the AL301 LED was enough to noticeably reduce the conductivity of the structure in 10 ^-3 s. After the light was turned off at the time t ₂ , the process of relaxation of the conductivity of the structure to the equilibrium initial value was observed. The time constant for the relaxation of the conductivity of the structure to the equilibrium value did not depend on the intensity and duration of illumination, but depended only on the concentration of holes in the buffer layer of the structures.

Приведенные на (фиг. 3) в качестве примера зависимости получены при проверке способа на типичных структурах арсенида галлия, предназначенных для изготовления интегральных схем (структуры типа n⁺-n-буф.-i, с идентичными n⁺ -контактными и n-активными слоями и буф. буферными слоями, толщиной 1,2 мкм). Видно, что постоянная времени τ в первой структуре 1 с, а во второй 10^-3 с. Эти 2 структуры были подвергнуты разрушающим экспериментам, т.е. в них были стравлены верхний n⁺- и активный n-слой и выполнены измерения непосредственно буферного слоя: измерения профиля легирования, измерения проводимости и эффект Холла. Во второй структуре из результатов измерений c-v профиля было установлено, что буферный слой содержит концентрацию свободных дырок p= 2•10¹⁵ см^-3. Измерения эффекта Холла дали результат p=1•10¹⁵ см^-3. В первой структуре выполнение c-v измерений были затруднены высоким сопротивлением слоя R_□ -10 МОм, а результаты измерения эффекта Холла дали p= 10¹¹ см^-3. Эта величина согласуется с величиной сопротивления слоя. Измерения целой серии подобных структур GaAs, выращенных как молекулярно-лучевой эпитаксией, так и эпитаксией из металлоорганических соединений, позволили получить калибровочную зависимость, связывающую величину τ с концентрацией дырок в буферном слое структур (фиг. 4).The dependencies shown in (Fig. 3) were obtained by testing the method on typical structures of gallium arsenide intended for the manufacture of integrated circuits (structures of the n ⁺ -n-buffer-i type, with identical n ⁺ -contact and n-active layers and buffer buffer layers 1.2 microns thick). It can be seen that the time constant τ in the first structure is 1 s, and in the second 10 ^–3 s. These 2 structures were subjected to destructive experiments, i.e. in them, the upper n ⁺ and active n-layers were etched and measurements were made directly of the buffer layer: measurements of the doping profile, conductivity measurements, and the Hall effect. In the second structure, it was found from the measurements of the cv profile that the buffer layer contains the concentration of free holes p = 2 • 10 ¹⁵ cm ^-3 . Measurements of the Hall effect gave the result p = 1 • 10 ¹⁵ cm ^-3 . In the first structure, the implementation of cv measurements was hindered by the high layer resistance R _□ -10 MΩ, and the results of measurements of the Hall effect gave p = 10 ¹¹ cm ^-3 . This value is consistent with the value of the layer resistance. Measurements of a series of similar GaAs structures grown both by molecular beam epitaxy and epitaxy from organometallic compounds allowed us to obtain a calibration dependence connecting the value of τ with the concentration of holes in the buffer layer of the structures (Fig. 4).

На фиг. 4 приведены также пунктирной зависимостью результаты таких измерений для структур I_nP (n⁺-n-буф.-1). Треугольниками обозначены данные, полученные на 5 структурах с модулированно-легированным гетеропереходом (структуры для HEMT транзисторов типа n⁺GaAs-n⁺AlGaAs-i-AlGaAs-буф.-iGaAs.In FIG. 4 also shows the dashed dependence of the results of such measurements for structures I _n P (n ⁺ -n-buffer.-1). Triangles denote data obtained on 5 structures with a modulated-doped heterojunction (structures for HEMT transistors of the n ⁺ GaAs-n ⁺ AlGaAs-i-AlGaAs-buffer-iGaAs type).

Использование предлагаемого неразрушающего способа контроля параметров полупроводниковых структур в отличии от прототипа и известных способов позволяет осуществить неразрушающее измерение концентрации дырок в буферном слое промышленных структур на полуизолирующей подложке, а также выявить наличие проводящих прослоек p-типа в ионно-легированных структурах, которые по характеру подобны буферным слоям p-типа. Возможность 100%-ного неразрушающего контроля выращиваемых структур позволяет наладить обратную связь с условиями роста, позволяет уменьшить расход материала при обработке технологических режимов роста. Using the proposed non-destructive method for controlling the parameters of semiconductor structures, in contrast to the prototype and known methods, allows non-destructive measurement of the concentration of holes in the buffer layer of industrial structures on a semi-insulating substrate, as well as the presence of p-type interlayers in ion-doped structures that are similar in nature to buffer p-type layers. The possibility of 100% non-destructive testing of the grown structures allows us to establish feedback with the growth conditions, reduces material consumption during processing of technological growth modes.

Claims

Non-destructive method of quality control of multilayer semiconductor structures on semi-insulating substrates, which consists in illuminating the structure with a light pulse with a quantum energy greater than the band gap of the semiconductor, and measuring with the microwave method the relaxation of the nonequilibrium conductivity of the structure, characterized in that to a structure that contains a buffer layer form non-destructive contacts: on the side of the semi-insulating substrate, a liquid alcohol transparent contact for microwave radiation, and on the side of the surface of the conductive After pressing these contacts, they apply a backward active layer to the substrate transition buffer layer, the active layer is reverse biased and illuminates the structure with light, and the illumination is carried out from the side of the substrate, illuminating only the area of liquid contact to the substrate, then the light is turned off and the recorded conductivity relaxation time is determined concentration of holes in the buffer layer according to a preliminary calibration.