Способ измерения потерь заряда в пзс

 

О П И С A H H E ()957136

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.02.81 (21) 3253685/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. К, G 01 R 31/36

Гее7дарстаеллыИ камитет

СССР (53) УДК 621.382..3 (088.8) Опубликовано 07.09.82. Бюллетень № 33

Дата опубликования описания 17.09.82

ll0 делам лзабретеннл и еткрмтий (72) Авторы изобретения

В. Л. Перевертайло, О. С. Фролов и А. А. Епифанов " (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ ЗАРЯДА В ПЗС

Изобретение относится к электронной промышленности, в частности к производству приборов с зарядовой связью (ПЗС), и наиболее эффективно может быт ь использовано для контроля качества и технологии изготовления полупроводниковых приборов данного класса.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения потерь заряда в ПЗС, включающий введение зарядового пакета под один из фазовых электродов отдельных ячеек многоэлементного прибора и измерение параметра путем последовательной передачи зарядового пакета от элемента к элементу и считывания информации на выходе прибора.

Наиболее точно потери заряда при переносе заряда в ПЗС-цепочке можно измерить только при большом числе ячеек и введением зарядового пакета в первую и последнюю ячейки прибора. Потери заряда измеряются по занижению амплитуды второй считываемой «единицы» по сравнению с амплитудой первой «единицы» из-за того, что часть зарядового пакета, введенного в первую ячейку, захватывается при передаче заряда на выход пустыми ловушками в остальных ячейках ПЗС.

Удельные потери заряда на один перенос определяются по формуле

ЬЧ1г

V.m.ê где ЬУд — разность амплитуд сигналов на выходе ПЗС от первой и второй «единиц» в серии;

V — амплитуда сигнала второй «единицы»; к — число ячеек переноса;

m — число переносов заряда в ячейке (1).

Недостатком известного способа является то, что в нем могут быть измерены только усредненные потери для всех ячеек прибора, считая, что потери одинаковы для всех ячеек.

Однако величина потерь связана с концентрацией центров захвата в канале переноса заряда, а так как последняя неоднородна на расстояниях, характерных для размеров ПЗС, то и величина заряда, захватываемого в ячейках ПЗС из передаваемого зарядового пакета, также неоднородна. Степень неоднородности концентрации цент957136

3О

55 ров захвата, а следовательно, и потерь вдоль цепочки ПЗС, определяется как технологией изготовления прибора, так и параметрами исходного полупроводникового материала.

Кроме того, данные, полученные при изучении параметров микродефектов в кремнии, позволяют сделать вывод о том, что концентрация центров захвата в области дефектов кремния может на несколько порядков превышать концентрацию центров захвата в однородной («бездефектной») области кремния, что может приводить к большим локальным потерям при передаче заряда в области микродефектов.

Из сказанного следует, что необходимо измерять локальные потери в ПЗС, чтобы оценивать степень неоднородности потерь вдоль цепочки ПЗС.

Известный способ не позволяет измерять потери в отдельных ячейках ПЗС, а дает лишь суммарную величину потерь во всех ячейках ПЗС или усредненную величину локальных потерь для одной ячейки.

Целью изобретения является обеспечение измерения локальных потерь в любой из ячеек ПЗС.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения потерь заряда в ПЗС, включающему введение зарядового пакета под один из фазовых электродов отдельных ячеек многоэлементного ПЗС и измерение параметра путем последовательной передачи зарядового пакета от элемента к элементу и считывания информации на выходе ПЗС, зарядовые пакеты вводят под одноименные фазовые электроды всех ячеек

ПЗС, создают потенциальные ямы под другими одноименными электродами каждой ячейки соответствующим распределением потенциалов под фазовыми электродами и перед считыванием информации многократно передают зарядовые пакеты в противоположных направлениях в пределах каждой ячейки, а также тем, что вводят зарядовые пакеты и создают потенциальные ямы поочередно под каждым из фазовых электродов ячеек путем циклического изменения распределения потенциалов.

На фиг. 1 — 4 приведены примеры зависимой распределения потенциалов от времени .

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Зарядовые пакеты вводят в каждую ячейку под одноименные электроды, например под первые фазовые электроды. Под другим фазовым электродом каждой ячейки создают потенциальную яму путем создания соответствующего распределения потенциалов под электродами. Затем, изменяя в определенной последовательности напряжения на фазовых электродах всех ячеек, обеспечивают многократную передачу введенных зарядовых пакетов в пределах каждой из ячеек сначала в одном направлении, затем — в другом. При этом в результате каждого акта передачи зарядового пакета изпод одного фазового электрода к другому происходит некоторая потеря заряда. Потери заряда стекают в потенциальную яму, а после каждого цикла передачи зарядового пакета в противоположных направлениях в пределах одной ячейки под первый фазовый электрод возвращается остаток заряда. Если начальная величина введенного зарядового пакета составляла Q0, то в результате многократной передачи этого пакета в пределах одной ячейки она уменьшается до величины Q1, а суммарные потери заряда в данной ячейке составят величину (,)г, причем Q1 =QQ — Яг. тогда огносительную величину потерь на один перенос в данной ячейке можно определить по формуле

Е=Я2%1+Яг) п1 где и — число циклов передачи зарядового пакета в пределах одной ячейки.

После многократной передачи зарядовых пакетов в противоположных направлениях в пределах каждой ячейки изменяют чередование напряжений на фазовых электродах таким образом, что обеспечивают передачу зарядовых пакетов от элемента к элементу ПЗС, и на выходном устройстве считывают последовательно информацию. В считанной информации чередуются сигналы Ц, амплитуда которых пропорциональна остатку первоначально введенных зарядовых пакетов в каждую ячейку, и Uq, амплитуда которых пропорциональна заряду потерь в той же ячейке. По этим сигналам и определяются локальные потери заряда в любой из ячеек ПЗС

E = 1-1г/Уг — U1 /п.

Для поочередного измерения локальных потерь под каждым из фазовых электродов ячеек поочередно вводят зарядовые пакеты и создают потенциальные ямы под каждым из фазовых электродов ячеек, чередуя их путем циклического изменения распределения потенциалов. Каждый раз после этого многократно передают введенные зарядовые пакеты в противоположных направлениях в пределах каждой ячейки, суммируя за много циклов передачи заряды потерь в потенциальных ямах и остатки первоначально введенных зарядов под теми фазовыми электродами, под которыеони были введены. Затем считывают информацию и по сигналам на выходном устройстве определяют локальные потери заряда поочередно для каждого из фазовых электродов любой из ячеек

ПЗС.

В качестве примеров осуществления предложенного способа приведены распределения потенциалов на фазовых электродах вдоль цепочки переноса в различные моменты времени и зависимости потенциалов на фазовых электродах от времени для специ957136 а потенциал электродов Ф, выше потенциалов остальных электродов, чтобы обеспечить сток эмиттировавших дырок в потенциаль- 30 ную яму под электродом Ф . Повышение потенциала Ф и понижение потенциала Ф практически не влияет на перенос заряда в ПЗС-цепочке. Моменты t5, t и t иллюстрируют возвращение зарядовых пакетов Q< (величина О =Q р — Q ) под электроды Ф и хранение зарядов потерь Qz под электродами Ф . Ход потенциала и расположение зарядовых пакетов в ПЗС-цепочке в момент такие же, как и в момент t, так что момент t характеризует начало следующе- 40 го цикла передачи зарядовых пакетов,(t,).

После каждого цикла передачи зарядовый пакет Q> уменьшается на величину потерь в одном цикле, а заряд потерь Q увеличивается на величину потерь в одйом цикле передачи зарядового пакета. Из фиг. 1 вид- но, что при последовательном считывании заряда из ПЗС-цепочки на выходном устройстве последовательно чередуются сигналы Uz от зарядовых пакетов потерь Qz и U, от остатков зарядовых пакетов Q, соответствующие разным ячейкам ПЗС-цепочки.

Зависимость потенциалов Vy — Vy на фазовых электродах Ф вЂ” Ф от времени, необходимая для передачи зарядовых пакетов и накопления потерь (как это показано на фиг. 1) показана на фиг. 2. Для пер- 55 вого цикла накопления потерь на фиг. 2 обозначены характерные моменты времени цикла tj — t, соответствующие моментам альной 6-фазной (фиг. 1 и 2) и обычной 4фазной (фиг. 3 и 4) ПЗС-цепочек.

На фиг. 1 показана последовательность во времени передачи зарядовых пакетов, разделения и накопления заряда потерь, соответствующих фазовому электроду Ф, на

6-фазной ПЗС цепочке с поверхностным р-каналом в течение одного цикла передачи зарядового пакета. Заштрихованы области потенциальных ям для дырок, где располагается передаваемый зарядовый пакет. Области потенциальных ям, где накапливается заряд потерь, не заштрихованы.

Рассмотрим ход потенциала ч(х) и расположение зарядовых пакетов под электродами 6-фазной ПЗС-цепочки на фиг. 1 в различные моменты времени 1, — t>. В момент времени t> зарядовые пакеты Q, введенные в ПЗС-цепочку, находятся под электродами Ф, каждой ячейки. Потенциальные ямы под электродами Фз служат для накопления заряда потерь. Моменты времени tz и t характеризуют изменение подэлектродных потенциалов при передаче зарядовых пакетов от электродов Ф к электродам Ф5 через электроды Ф . Момент времени t характеризует процесс эмиссии дырок, захваченных из зарядового пакета (см . момент t ) на поверхностные (или приповерхностные) состояния под электродом Ф . Потенциал электродов Фз должен быть несколько ниже, 5

l5

t — t, описанным по фиг. l. Первому циклу на фиг. 2 предшествует режим непрерывного переноса (ввод зарядовых пакетов Q< в ПЗС-цепочку). За последним (n-м) циклом накопления потерь следует режим считывания зарядов потерь Qz и остатков зарядовых пакетов Q . Режимы переноса и считывания характеризуются фазовым цериодом

Т . Длительности режимов переноса t и считывания t определяются из условия

tc (tm)l(Tc где К вЂ” число ячеек 6-фазной

ПЗС-цепочки. Время эмиссии р выбирается так, чтобы оно соответствовало времени эмиссии в режиме непрерывного переноса заряда в ПЗС на определенной тактовой частоте.

Длительность цикла накопления Тн и число циклов накопления и выбираются, соответственно, в зависимости от времени и скорости генерации паразитно го (термогенерированного) заряда неосновных носителей. При низких температурах (или достаточно высоких частотах) число п может выбираться очень большим (и ) 10 ).

Измерение локальных потерь на обычной

4-фазной цепочке иллюстрируется фиг. 3 и фиг. 4 аналогично тому, как это описано для

6-фазной ПЗС-цепочки. На фиг. 3 показан ход потенциала ч (х) и расположение зарядовых пакетов под электродами 4-фазной

ПЗС-цепочки с поверхностным р-каналом в моменты времени t — t одного цикла накопления заряда потерь при измерении потерь над электродами Ф . Как видно из фиг. 3, для 4-фазной ПЗС-цепочки один зарядовый пакет вводится на две ячейки (ячейки обозначены на фиг. 3 Ф вЂ” Ф. и Ф, — Ф, так, что единичной ячейкой при измерении локальных потерь является 8-электродная ячейка Ф вЂ” Ф4) под электроды Ф, а накопление заряда потерь происходит в потенциальной яме под электродом Ф .

На фиг. 4 показаны зависимости потенциалов фазовых электродов Чр от времени для осуществления цикла накопления потерь в 4-фазной ПЗС-цепочке, как это показано на фиг. 3.

Измерение потерь описано для электродов Ф,, однако, как видно из фиг. 1 — 4, используя циклическую перестановку электродов Ф, — Ф (или Ф вЂ” Ф4 для 4-фазной

ПЗС-цепочки) при подключении фазовых напряжений, можно проводить измерение потерь на любом из фазовых электродов ПЗСцепочки.

Измерение локальных потерь можно также осуществить на ПЗС-цепочках со скрытым каналом (как п-канальных, так и р-канальных).

Предлагаемый способ измерения потерь позволяет измерять потери при переносе заряда в ПЗС-цепочке в любой ячейке и от любого электрода каждой ячейки ПЗС и может быть использован для контроля качества ПЗС и технологии изготовления полупро957136 водниковых приборов и интегральных схем, а также для оценки качества полупроводниковых материалов и исследования параметров центров захвата в локальных областях полупронодникового материала с повышенной концентрацией центров захвата.

Формула изобретения

1. Способ измерения потерь заряда в

ПЗС, включающий введение зарядового пакета под один из фазовых электродов отдельных ячеек многоэлементного ПЗС и измерение параметра путем последовательной передачи зарядового пакета от элемента к элементу и считывания информации на выходе ПЗС, отличающийся тем, что, с целью измерения локальных потерь в любой из ячеек ПЗС, зарядовые пакеты вводят под одноименные фазовые электроды всех ячеек

ПЗС, создают потенциальные ямы под другими одноименными электродами каждой ячейки соответствующим распределением потенциалов под фазовыми электродами и перед считыванием информации многократно передают зарядовые пакеты в противоположных направлениях в пределах каждой ячейки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вводят зарядовые пакеты и создают потенциальные ямы под каждым из фазовых электродов ячеек путем циклического изменения распределения потенциалов.

Источники информации, 15 принятые во внимание при экспертизе

1. Секен К и Томпсет М. Приборы с переносом заряда, М., «Мир», 1978, с. 110—

121 (прототип).

957136

Составитель Ю. Брызгалов

Редактор В. Дан ко Техред А. Войк ас Корректор А. Дзятко

Заказ 6592/34 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оч крытий! 13035, Москва, K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4