Способ определения параметров полупроводников

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения параметров легирования полупроводников Целью изобретения является неразрушак)- щее определение параметров объемного легирования полупроводника - концентрации основной легируницей примеси, степени ее компенсации и энергии активации . Согласно изобретению, при термостимулированном разряде МДП-конденсатора в режиме поддержания емкости структуры постоянной измеряют зависимостей напряжения на обкладке конденсатора и разрядного тока от температуры. В режиме стабилизации емкости сигнал смещает МДП-структуру в направлении, компенсирующем возмущение ее ВЧ-емкости. Искомые параметры вычисляют. Методика расчета учитывает зависимость уровня Ферми от температуры , что позволяет уменьшить ошибки, обусловленные влиянием границы раздела МДП структур и приповерхностной области полупроводника, и определить параметры именно объемного легирования полупроводника, такие как концентрация основной легирукицей примеси, степень ее компенсации , энергия активации. 2 ил. feo

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1Е (11) (51)5 Н 01 Ь 21/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPM (46) 07.08.91. Бюл, N - 29 (21) 3894735/25 (22) 14,05,85 (7 1) Институт радиотехники и электроники АН СССР (72} В.И.Антоненко, М.А.Байрамов, А.С.Веденеев, А.Г.Ждан и П.С.Сульженко (53) 62 1.382(088.8) (56) Блад П., Ортов Дж.Б. Методы измерения электрических свойств полупроводников — Зарубежная радиоэлектроника, 1981, 0 1, с.3-50, Ф.2, с. 3-19.

Авторское свидетельство СССР

И 1173917, кл. Н 01 L 21/66, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ПОЛУПРОВОДНИКОВ (57} Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения параметров легирования полупроводников. Целью изобретения является неразрушающее определение параметров объемного легнровання полупроводника — концентрации основной легирующей примеси, степени ее компенсации и энергии активации. Согласно изобретению, при термостимулированном разряде МДП-конденсатора в режиме поддержания емкости структуры постоянной измеряют зависимости напряжения на обкладке конденсатора и разрядного тока от температуры. В режиме стабилизации емкости сигнал смещает МДП-структуру в направлении, компенсирующем возмущение ее ВЧ-емкости. Искомые парамет- ры вычисляют. Методика расчета учиты" вает зависимость уровня Ферми от температуры, что позволяет уменьшить ошибки, обусловленные влиянием границы раздела МДП структур и приповерхностной области полупроводника, н определить параметры именно объемного легирования полупроводника, та" кне как концентрация основной легирующей примеси, степень ее компенса- вв ции, энергия активации. 2 ил.

1306404

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использонано для определения параметров легирования полупроводникон — концентрации основной (легирующей) примеси, степени ее компенсации и энергии активации.

Цель изобретения — неразрушающее определение параметров обЪемного легиронания полупроводника — концентрации основной легирующей примеси N<, степени ее компенсации К и энергии активации Е

На фиг. 1 приведена рассчитанная температурная производная уровня Ферми F„ a полупроводнике; на фиг.2 зависимость вспомогательной функции

6 от температуры T.

Измерения проводят в гелиеном криостате с электронньпк терморегулятором в диапазоне температур 20-300 К.

В режиме стабилизации емкости сигнал с измерителя добротности ВМ 560 после интегрирования смещает МДПструктуру в направлении, компенсирующем возмущение ее ВЧ-емкости. Ста" билизация ВЧ-емкости осуществляется на уровне 10, чувствительность к изменению емкости 1 фФ на частоте

1 МГц при амплитудном значении тестового ВЧ-сигнала 5 мВ.

Определяют параметры легирования кремния в МДП-структуре Al -SiO -Si г

2 площадью 5 10 м г и толщиной диэлектрика 0,12 мкм.

В режиме обогащения измеренная емкость С МДП-структуры составила

149,5 пФ.

МДП-структуру помещают в криостат и охлаждают до температуры Т„ 20 К.

Подают обедняющее напряжение

V> - -1 В.

Нагревают структуру со скоростью р 0„2 К/с до температуры Т -" 300 К.

В процессе нагрева высокочастотная (I МГц) малосигнальная (5 мВ) емкость

МПП-структуры поддерживается постоянной с помощью системы обратной связи между измерителем добротности и управляемьзм источником напряжения U

Одновременно измеряют вытекающий

-.îê I и произноднуь: по температуре Т вырабатываемого системой обратной связи напряжения на затворе ЙЧ /dT.

Рассчитанная температурная йроизнодная уровня Ферми в полупроводнике 1 Рь 11 4 3

F согласно - — = q -- - ---, где q— л dт= dт piC элементарный заряд, p — скорость нагрева, представлена на фиг,1.

Согласно критерию постоянства производной определяют низкотемпературную область, н которой рассчитывают степень компенсации К по формуле

I 1 d F

К - ехр(- — — - ) " 0 015 в

1О где g — фактор вырождения, принятый равным 2;

k — постоянная Больцмана, По экспериментальной зависимости

15 1F„

†-"- в области температуры 100-300 %

d Т строят вспомогательную зависимость

13 1dFq1

Я "N ехр — + — — --

Р 2 k dT где N — эффективная плотность состояний, представленную на фиг.2.

В области температур 200-300 К, где эта зависимость постоянка, определяют концентрацию легирующей при46 3 меси N< N@* *4 10 см

Численным решением уравнения нейтральности с найденными значениями

И,1 и К находят энергию аКтивации основной примеси Е, которая равна

Е 45 мэВ, что близко к энергии активации В и Si.

Формула и зо брет ен ия

Способ определения параметров поЩ лупроводников основанный на термо ° стимулированном" разряде МДП-конденсатора в режиме поддержания емкости структуры в процессе ее разрядки постоянной и регистрации зависимости

45 напряжения на металлической обкладке

МДП-конденсатора от температуры

V (T), отличающийся тем, что, с целью неразрушающего определения параметров обьемного легирования полупроводника — концентрации

5О основной ле гирукнцей примеси . И, степени ее компенсации K и энергии активации Е, одновременно с зависимостью V (Т) измеряют зависимость от температуры разрядного тока Е (Т)

d U и определяют производную, а по и этим зависимостям расчетным путем определяют температурную производную

04 гемператур строят вспомогательную зависимость

d Fn d Чю 1

ы Ч ю.

dT ат ас

3 f a F

Р N ехр — + с Ф

2 k dT где N — эффективная плотность сосf5

@ 1и1 „-Ю

Ôèà! ео авиа. Z

Составитель Л.Смирнов

Редактор О.Стенина Техред Л.Олейник Корректор Л.Латай

Заказ 3436

Тираж 365 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж»35 ° Раушская наб., д. 4/5

-Производственно-.полиграфическое предприятие, r,Óàãîðoä, ул.Проектная, 4

3 13064 уровня Ферми в полупроводнике F согласно формуле где — скорость нагрева; q - элементарный заряд; С вЂ” измеренная в режиме обогащения ВЧ-емкость МДП-структуры, в области температур, где

d Ря ат const и — — "70 ат определяют степень компенсации К по формуле

1 1dF

К вЂ” ехр (- — — - ), К 1 ат где k - постоянная Вольцмана, яфактор вырождения,,во всей области

«1 df тряний в разрешенной зоне полупроводника, в области высоких темпера" тур, где Ag const определяют концентрацыо основной легирующей примеси К, =M+, по найденным значейиям М и K иэ .уравнения нейтральности определяют энергию активации основной примеси Е