Устройство для определения концентрации примесей в полупроводниках
Союз Советских
Сациапистическии
РЕСПУбЛИК
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Ф
1 ч (61) дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02,07.74 (21) 2041? 54,/18-25 с присоединением заввки №
C 01 R 31/26
Государственный комктет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (gg) .Дв 62 l. 382 . ,002 (088.8) Опу(.ликовано 2504 7 9. Бюллетень № 15
Дата оп бликований описаниЯ 2 50 4.79
P . C.Í ахман сон
Pl) Заявитель (54 ) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ
ПРИМЕСЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
Изобретение относится к области контроля электрофиэических параметров полупроводников и может бьтгь использовано для определения профиля концентрации легирующих примесей в полупроводниковых слитках, пластинах, пленках, а также в различных полупроводниковых структурах и приборах (р-п переходы, ИДП структуры, диоды, фото. диоды, транзисторы и др.). Н)
Известно устройство для контроля распределения примесей в полупроводниках, содержащее генератор пилообраз ного напряжения, генератор высокой частоты, фильтр, квадратичный усилитель, 15 дискриминаторы и индикатор 1,1), Известное устройство имеет недостаток, который заключается в том, что характеристика распределения примесей в полупроводниках наблюдается на экране + осциллографа, что затрудняет непосредственный отсчет измеряемой величины, Известно устройство для определе ния профиля распределения концентрации примесей, содержащее генераторы низкой и высокой частоты, а также генератор смещения, соединенные с образцом, селективные усилители, де" текторы и регистратор )2). 3Î
Данное устройство свободно от недостатков первor о„однако точность измерения его низкая.
Целью изобретения является повышение точности измерений.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены модулятор, включенный между генератором высокой частоты и образцом, а также второй генератор высокой частоты,преобразователь частоты и цепь обратной связи из усилителя, детектора и фильтра, причем, вход усилителя соединен с образцом, выход фильтра обратной связи соединен с модулятором, выход первого селективного усилителя соединен с преобразователем частоты, выход которого через второй усилитель соединен со входом образца.
На чертеже показана схема устройства для определения концентрации при- месей в полупроводниках, Оно содержит генератор высокочастотного сигнала l частоты f (например, т = 600 кгц), 1
7 на выходе которого установлен модулятор 2, 3 — селективный усилитель частоты т, вход которого соецинен
/ с выходом модулятора, а выход — с трансформаторньпч мостом переменного тока 4, в одно плечо которого вклю658507 где А — некоторый коэффициент пропорциональности, а концентрация примесей на этой глубине N (х) связана с емкостью С формулой
«ИС )
N() сл ()
55 где  — коэффициент пропорциональ-, ности, а V — напряжение образца. Для
14ДП структур эти формулы также могут быть использованы, поскольку диэлектрик .чисто) формально (с некоторой трансформацией толщины в соответствии с разницей диэлектрических постоянных} может быть отнесен к области пространственного заряда. чен измеряемый полупроводниковый образец 5, представленный в виде конденсатора, имеющего суммарную емкость
С + C, складывающуюся на подлежащей измерению емкости обедненного слоя
С и паразитной и краевой емкости C .
В другое плечо моста включена компенсационная емкость 6. Выход моста с токосъемным сопротивлением 7 соедийен со входами двух селективных усилителей: частоты f 8 и частоты f 13 (2. (например, 400 кгц) . На выходе первого селективного усилителя 8 установлен преобразователь частоты 4 в частоту 1, состоящий из генератора 10 частоты N, + << (гетеродин) 1000 кгц и смесителя 9 ..Йа выходе смесителя стоит усилитель частоты f 11 и далее—
2 детектор 12, с которого сигнал подается на вход горизонтальной развертки регистратора (двухкоординатноГО самописца или Осциллографаg на схе 20 ме регистратор не показан) . Выход усилителя 11, кроме того, соединен со входом моста 4. На выходе усилителя
13 установлен детектор 14, который через фильтр обратной связи 15 сое- 25 динен с управляющим электродом модулятора. Образец 5 соединен также с выходами генератора низ кой частоты 1 16 {например, 0,5 кгц) и ручного, электромеханического или электронного генератора медленно изменяющегося напряжения смещения 17.
Выход усилителя 3 соединен также со входом детектора 18, выход которого соединен со входом вертикальной развертки регистратора или через линейный усилитель частоты f 19 и детек3 тор 20, или через логарифмический усилитель той же частоты 21 и детектор 22.
Работа устройства - основана на из- 4" вестной методике определения проФиля концентрации примесей, согласно которой расстояние х от металлического контакта или от более сильно легированной области полупроводника 45 связано с емкостью обедненного слоя образца С формулойх АС
Устройство для измерения концентрации примесей работает следующим образом. Высо кочастотн ый сиги ал частоты 3, от генератора 1 через модулятор 2 и усилитель 3 попадает на мост 4, и, пройдя через образец 5, выделяется на малом токосъемном сопротивлении 7. С помощью емкости 6 можно скомпенсировать ток, текущий через паразитную и краевую емкость
С, так что сигнал на выходе моста будет пропорционален только емкости обедненного слоя С. Такая компенсация особенно желательна при измерениях на мальм площадях, когда погрешность, вносимая емкостью С, велика. Далее сигнал усиливается усилителем 8,преобразуется по частоте с помощью смесителя 9 и гетеродина 10 и вновь усиливается усилителем 11. Затем -сигнал (уже с частотой f ) опять подаетс я на мос т, выделяетс я на сопротивлении 7 и усиливается усилителем 13.
А ъплитуды высокочастотных сигналов, попадающих на образец, выбираются достаточно малыми (подробнее об этом см.ниже), поэтому в принципе нелинейная емкость С может для них рассматриваться как линейная. Тогда амплитудные значения напряжений на выходе усилителей 3,11 и 13, которые мы обозначим через, 1 и Ч связа! 2 вых ны соотношениями
У =с CY (Э) (4) где a(и )Ь вЂ” некоторые коэффициенты пропорциональности.
Из (3) и (4) у вих С ч
I5)
v = C (6) с
После усилителя 13 и детектора 14 напряжение через фильтр обратной связи подается на модулятор 2. Возникающая цепь авторегулирования работает таким образом, что поддерживает напряжение V с достаточной степенью точности постоянным, несмотря на изменения емкости С (емкость изменяется за счет подачи напряжений с генераторов 16 и 17). Поясним, что такое авторегулирование вполне возможно °
- Практически емкость С изменяется не более чем в 10 раз, следовательно согласно (6), для сохранения в„,„ необходимо изменить напряжение V или,что то же самое, изменить пройускание модулятора 2 в 100 раз. Для этого достаточно изменить напряжение на полевом транзисторе КПЗО2А всего на 0,5 вольта. Если опорное напряжение, подаваемое на модулятор, имеет величину 50 вольт, то напряжение на выходе Фильтра 15 будет оставать"я
658507
Формула изобретения
В<ко3 frying) 6нкобwi )
В,хв<х л
IIiIHHI1H Заказ 2050/41 Тираж 1089 Подписное
Филиал ППП Патент, г.ужгород,ул.Проектная, 4 постоянным с точностью около 1%. Примерно " такой же точностью будет оставаться постоянным и напряжение Ч ьых
В этих условиях, сравнивая формулы (5) и (6) с формулами .(1) и (2), можно видеть, что напряжение напряжение на выходе детектора 12 5 будут пропорциочальны расстоянию х, а напряжение, пропорциональное 1/N(х), можно получить, продифференцировав напряжение Ч, по напря>кению на образце
V. По=ледняя операция осуществляется Ið подачей на образец небольшого (порядка
0,1 вольта) модулирующего напряжения низкой частоты f (например, 0,5 кгц) от генератора 16 и выделения возника" ющей с той же частотой модуляции V с помощью детектора 18, выходное напряжение которого частоты t имеет амплитуду V>, пропорциональйую 1/N (х) .
Далее выход на регистраций 1/N(x) осуществляется через усилитель 19 и детектор 20, а выход на регистрацию
Log N(x) — через логарифмический усилитель 21 и детектор 22.
Для прохождения всех возможных значений координаты х к образцу прикладывается медленно изменяющееся
47 напряжение смещения от генератора 17.
Максимальная величина этого напряжения
Ч макс обычно ограничивается. пробивным напряжением образца, В качестве регистрирующего прибора 30 можно использовать двухкоординатный самописец или осциллограф, сразу получая графики 1/М (x) или Eo(()((х) как функции х. Калибровку графиков по осям можно производить, например, по эталонным образцам.
Устройство для определения концен" трации примесей в полупроводниках, содержащее генераторы низкой и высокой частоты, а также генератор смещений, сОединенные с образцом, селективные усилители, детекторы и регистра-, тор, с т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены модулятор, включенный между генератором высокой частоты и образцом, а также второй генератор высокой частоты, преобразователь частоты и цепь обратной связи иэ усилителя, детектора и фильтра, причем вход усилителя соединен с образцом, выход фильтра обратной связи соединен с модулятором, выход первого селективного усилителя соединен с преобразователем частоты, выход которого через усилитель соединен со входом образца.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР
Ф 240853, кл.G 01 R 31/26, 01.04.69.
2. Р J.Эа><ах>6< «.<.,R3. Г<>ГГiver o,nd А.Г&<>у, ;">.Ранца. к Scier>tiIic inst<>
