Способ измерения параметров области полупроводникового слоя

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБЛАСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОЮГО СЛОЯ, включаквдий ограничение размеров контролируемой области замкнутой МДПструктурой , формирование внутри контролируемой области средств контактирования , подачу импульса напряжения обеднения на замкнутую МДП-структуру и ограничение времени измерения параметров в пределах длительности импульса напряжения обеднения, о тлйчаищийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей , подачу импульса напряжения обеднения производят, увеличивая его амплитуду до момента наступления электрической изоляции контролируемой об.ласти от остальной части полупроводникового слоя, затем повышают амплитуду импульса до установления времени существования электрической изоляции, отвечающего условию: Чда U5M где tvA3 время существования электрической изоляции, tyjb, - время измерения параметров контролируемой области

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1%SU(II) А Ш G 01 R 31/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ф

4 O)

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ,ПЬСТВУ

Г l

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3333811/18-21 (22) 07.09.81 (46 ) 23.01.84. Бюл. 9 3 .(72) В.И. Смирнов, В.Н. Панасюк, Е,Н. Овчаренко и Д.Н. Гулидов (53) 621,382.2(088.8) (56) 1. Батавин В.В. Контроль пара метров полупроводниковых материалов и эпитаксиальных слоев. М., "Советское радио", 1976, с. 10-14.

2. Brotherton S.D. and Gill A.

Determination of surface — and

bulk generation currents in lowleakage silicon M0S structurs.

"Арр1. Phys Lett",„v. 33, 1978, Р 10, р. 890-892. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ОБЛАСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СЛОЯ, включающий ограничение размеров контролируемой области замкнутой МДПструктурой, формирование внутри контролируемой области средств контакти1 рования, подачу импульса напряжения обеднения на замкнутую МДП-структуру и ограничение времени измерения параметров в пределах длительности импульса напряжения обеднения, о тл и ч а ю щ и и с. я тем, что, с целью расширения функциональных -возможностей, подачу импульса напряжения обеднения производят, увеличивая его амплитуду до момента наступления электрической изоляции контролируемой области от остальной части полупроводникового слоя, затем повышают амплитуду импульса до установления времени существования электрической изоляции, отвечающего условию: ф

Ъь > иьм где t s - время существования электрической изоляции, время измерения параметров контролируемой области

1068847

Из бретение относится к измерению электрофизических параметров полупроводников и может найти применение в промышленности для контроля электрофизических параметров полупроводниковых пластин, используемых при изготовлении микросхем и полупроводниковых приборов. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано для контроля слоев, изолированных от подложки полупроводниковой структуры, например эпитаксиальных слоев.

Известен четырехзондовый способ измерения параметров полупроводниковых слоев, изолированных от под- 15 ложки, в частности их поверхностного сопротивления, включающий операции установки на поверхности слоя на фиксированном расстоянии друг от друга четырех зондов, задания че- 2П рез два из них тока и измерение падения напряжения на двух других зонда-. «П .

Однако способ требует высокой точности юстировки зондов и дает сущест= >5 венную погрешность для слоев с ограниченной площадью, где не выполняется условие "полубесконечности" образцов (характерный размер контролируемого слоя много больше расстояния между зондами).

Наиболее близким к изобретению является способ измерения параметров области полупроводникового слоя, включающий ограничение размеров конт 35 ролируемой области замкнутой МДПструктурой, формирование внутри контролируемой области средств контактирования, подачу импульса напряжения обеднения на замкнутую МДП-структуру 4() и ограничение времени измерения параметров в пределах длительности импульса напряжения обеднения.

В качестве средств контактирования используют. металлический элект- 45 род, нанесенный через изолирующий слой диэлектрика на поверхность контролируемой области внутри замкнутой

МДП-структуры и, следовательно, внутри контролируемой области, которая ограничена замкнутой МДП-структурой, формируют внутреннюю МПП-структуру.

Во время воздействия импульса напряжения обеднения в течение ограничен ного времени, лежащего в пределах длительности этого импульса, измеряют величину тока смещени, внутренней МДП-структуры, по которой определяют такой параметр контролируемой области, как скорость поверхностной генерации C?). 60 Недостатками известного способа являются сложность технической реализации, обусловленная необходи-. мостью выполнения очень узких (поряд1 мкм) зазоров между металличес-,. 65 кими электродами внутренней и замкнутой 1ЩП-структур, а также ограниченные функциональные возможности, поскольку измеряется только один параметр контролируемой области слоя полупроводниковой структуры. Кроме того, снижается точность измерений лз-за влияния окружающих областей контролируемого слоя структуры, поскольку контролируемая область не изолирована электрически от этих областей.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения параметров области полупроводникового слоя, включающему ограничение размеров контролируемой области замкнутой МДП-структурой, формирование внутри контролируемой области средств контактирования, подачу импульса напряжения обеднения на замкнутую МДП-структуру и ограничение времени измерения параметров в пределах длительности импульса напряжения обеднения, подачу импульса напряжения обеднения производят, увеличивая его амплитуду до момента наступления электрической изоляции контролируемой области от осталь-ной части полупроводникового слоя, затем повышают амплитуду импульса до установления времени существования электрической изоляции, отвечающего условию где t,>> — время существования электрической изоляции, время измерения параметров контролируемой области

На фиг. 1 изображена топология формируемой МДП-структуры, предназначенной для измерений поверхностного сопротивления полупроводникового слоя, на фиг. 2 - временная диаграмма измерений электрических характеристик; на фиг. 3 — топология формируемой структуры, предназначенной для измерения величины ухода рельефа скрытого слоя эпитаксиальных структур; на фиг. 4 - то же, для измерения удельной емкости изолирующего Р— 6 перехода;

Формируемая МДП-структура содер- . жит контактное окно 1 (площадка) к внешней по отношению к контролируемой области полупроводникового слоя, контактное окно 2 для подключения первого выхода источника тока, контактное окно 3 для подключения первого входа вольтметра, контактное окно 4 для подключения второго входа вольтметра, контактное окно 5 для подключения второго выхода источника тока, контактную площадку 6

1068847 к металлу ИДП-структуры, металл 7 замкнутой МДП-структуры и контролируемую область 8 полупроводникового слоя.

На фиг. 2 показаны временная зависимость 9 подаваемого на металл

ИДП-структуры напряжения, временная зависимость 10 тока утечки, допустимая величина 11 тока утечки, диаграмма 12 проводимых в контролируемой области измерений, а также временная зависимость 13 толщины неравновесной области пространственного заряда.

МДП-структура включает также скры тый слой 14, контактное окно 15 для подключения вольтметра, контактную площадку 16 — МДП-структура на внешней области полупроводникового слоя, контактную площадку 17 - МДП-струк-. тура на контролируемой области полупроводникового слоя.

Электрическую изоляцию контролируемой области от остальной части слоя структуры на. время измерения осуществляют не с помощью разрушающих структуру технологических операций, а путем йодачи на ограничивающую размеры контролируемой области по поверхности слоя замкнутую

МДП-структуру импульса напряжения такой полярности, при которой происходит обеднение слоя полупроводника под электродом замкнутой МДП-. структуры основными носителями заряда. Приложение импульса напряжения обеднения создает под электродбм замкнутой МДП-структуры неравновесную область пространственного заряда (HO113) которая расширяется от поверхности слоя вглубь его по мере увеличения амплитуды импульса.

Поскольку предложенный способ

1 предназначен преимущественно для исследования слоев полупроводника, изолированных от подложки, образование НОПЗ создает предпосылки для электрической изоляции контролируемой области, ограниченной замкнутой

ИЦП-структурой, от всего остального исследуемого слоя., Полная электрическая изоляция наступает в тот момент, когда НОПЗ при увеличении амплитуды импульса перекрывает всю толщину исследуемого слоя и смыкается с изолирующей подложкой.

При дальнейшем повышении амплитуды импульса увеличиваеi= время существования электрической изоляции (это время, в течение которого НОПЗ перекрывает толщину слоя). Затем за счет рекомбинационных процессов

НОПЗ уменьшается, и через некоторое время существование изоляции контролируемой области прекращается.

На время существования электрической изоляции имеются широкие воэможности для измерения праметров полупроводникового слоя в локальной контролируемой области этого слоя, так как на измерения практически не влияют соседние с контролируемой окружающие области слоя.

Способ осуществляется следующим образом .

На поверхность исследуемого слоя полупроводника, который изолирован от подложки структуры, наносят замкнутую МДП-структуру для ограничения размеров контролируемой области по поверхности исследуемого слоя полупроводника. Внутри контролируемой

15 области формируют средства контактирования. В зависимости от набора измеряемых параметров средства контактирования могут выполняться по-разному. Это могут быть контактные пло д щадки, с помощью которых через окна в слое диэлектрика осуществляется контакт со слоем полупроводника, могут быть также использованы средства контактирования в виде электрода или нескольких электродов ИДП-структур, формируемые с целью измерения характеристик поверхностной емкости.

Затем на замкнутую ИДП-структуру подают импульс напряжения обеднения, который создает НОПЗ и увеличиваю амплитуду импульса до тех пор, пока

НОПЗ не сомкнется с изолирующей подложкой, когда наступает электрическая изоляция контролируемой области от остальной части слоя структуры.

35 Дальнейшее увеличение. амплитуды импульса напряжения обеднения ограничивается значением, при котором электрическая изоляция существует в течение всего времени измерений

4Я параметров контролируемой области.

Контроль амплитуды импульса напряжения обеднения, удовлетворяющей условию изоляции области, может быть осуществлен, например, двумя мето45

Первый метод осуществляется путем измерения зависимости емкости замкнутой МДП-структуры от амплитуды приложенного импульса напряжения обеднения. При амплитуде импульса, соответствующей значению, при котором емкость ИДП-структуры перестает уменьшаться, т.е. достигается минимальная величина контролируемой емкости, происходит смыкание НОПЗ с .изолирующей подло.:кк ой и изоляция контролируемой области, далее амплитуду ю .и:льса напряжения обеднения повышают настолько, чтобы ограниченное время, неогходимое для выполнения

60 измерений интересующих параметров контролируемой области, на измеряемой зависимости емкость замкнутой

ИДП-структуры ые начала увеличиваться, что соответствует началу уменьшения толщины слоя НОПЗ.

1068841

Вреия

Второй метод осуществляют путем измерения зависимости тока утечки между контролируемой областью и остальной частью слоя полупроводника.

Для измерения така утечки предварительно вне замкнутой ИДП-структуры

5 формируют дополнительные средства контактирования (дополнительные контактные площадки к слою полупроводника), до подачи. импульса напряжения обеднения между внутренними и внешними средствами контактирования устанавливается определенной величины ток утечки (этот ток может быть постоянным, если внутренние и внешние средства контактироваиия обеспе- 15 чивают непосредственный контакт со слоем полупроводника, или емкостным, если во внутренней области полупроводника средства контактирования выполнены в виде электрода ИДП-струк- 2О туры) по мере увеличения-амплитуды импульса напряжения обеднения НОПЗ расширяется, что приводит к уменьшению тока утечки, величина тока утечки является мерой определения качест-25 ва изоляции контролируемой области от остальной части слоя структуры под действием НОПЗ амплитуду импульса напряжения обеднения повышают до такой величины, чтобы в течение всего 3О времени измерений (которое принимается за известный параметр) ток утечки не превышал заданное значение.

Таким образом,. в обоих случаях контролируемую область изолируют от остальной части слоя структуры на ограниченное и заранее известное время измерения интересующих параметров области с помощью неравновесной об-. ласти пространственного заряда, которая в течение этого времени перекрывает всю толщину исследуемого слоя.

По сравнению с известным способом измерений предложенный обладает более широкими функциональными возможностями благодаря тому, что на время измерений контролируемая область изолируется от остальной части слоя структуры неравновесной областью пространственного заряда. При этом могут быть измерены, например, такие параметры коитролируемой области полупроводникового слоя, как поверхностное сопротивление, рельеф зарядов в этом слое, удельная емкость изолирующего P — с перехода между исследуемым слоем и подложкой.

Кроме того, предложенный способ позволяет исключить разрушение контролируемого слоя полупроводника благодаря использованию низкотемпературных операций подготовки структуры к измерениям и повысить точность измерения параметров слоя в локальной области слоя за счет исключения влияния окружающих областей исследуемого слоя

1068847

Г I 1

Е 1

Фиа 3

Составитель Ю.Брызгалов;

Редактор 0. Юрковецкая Техред Л.Пилипенко

Корректор A. Ференц

Заказ 11457/40 Тирах 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Z-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Уягород, ул. Проектная, 4