Способ измерения профиля концентрации примеси в полупроводниках

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОВРЕтЕНИЯ ""-958987

Союз Советекнх

Соцнапнстнческнх

Республнк.9ф м щ г

Ф, „

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51)M Nn з . G 01 R 31/26, (22) Заявлено 220980 (21) .2983315/18-21 с присоединением заявки ¹Госуларстненный комитет

СССР по аелам изобретений н открытий (23) Приоритет (53)- УДК621. 382, .2{088.8) Опубликовано 1509.82. Бюллетень ¹ 34

Дата опубликования описаиия150982

1

В.И. Смирнов, В.Н. Панасюк и E.H. Овчаре ко, т с (72) Авторы изобретения

k» c c (71) Заявитель

{54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ПРИМЕСИ В ПОЛУП ОВОДНИКАХ

Изобретение относится к способам измерения физических параметров полупровоцников-и может найти приме-. нение в области физики твердого те« ла, Физики полупроводников, а также в промышленности для контроля профиля концентрации примеси в полупровод-; никовых пластинах, используемых для изготовления микросхем и полупроводниковых приборов.

Известен способ измерения профиля концентрации примеси в полупровод никах, основанный на измерении сопротивления растекания точечного контакта на косом шлифе (1). .Однако этот- способ является .разрушающим и не позволяет определять профиль концентрации примеси на небольших участках полупроводникового материала.

Другой известный способ, включаю- щий формирование диода Шоттки, изме-, рение его вольт-фарадной характеристики и расчет по ней профиля концентрации примеси, позволяет определить . профиль в локальной области материа-. ла (2 3.

Однако сформировать диод Шоттки, имекшпй малые точки утечки, удается только для некоторых полупроводников, например для арсенида галлия, для остальных, в том числе и для креМния, утечку уменьшают .образованием охранного. диффузионного кольца, т.е. разрушением исследуемого образца.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения профиля концентрации примеси в полупроводни ð ках, включающий операции изготовле.ния МДП-структуры и ..измерения.ее неравновесной вольт-фарадной характеристики, по. которой определяют профиль концентрации примеси.

Для компенсирования полупроводников этот метод дает профиль суммарной концентрации примеси. Применение этого метода в случае охлаждения контролируемого образца до низких температур. позволяет упростить измерения за счет увеличения времени релаксации МДП-структуры, однако, при этом будет определяться профиль концентрации примеси, ионизированной при данной температуре (3 ).

Недостатком способа является ограничение.диапазона толщин, в котором измеряется профиль концентрации. примеси, вследствие пробоя неравновесной области пространственного заряда в периферийной части.

958987

Для исключения этого ограничения

МДП-структуру формируют в виде мезаструктуры, что переводит способ в разряд разрушающих методов контроля.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей 5 способа, так как он позволяет измеритЬ профиль концентрации примеси в большем диапазоне толщин полупроводника.

Поставленная цель достигается 10 ! тем, что согласно способу измерения профиля концентрации примеси .в полупроводниках, включающем операции изготовления МДП-структуры и измерения ее неравновесной вольт-. фарадной 15 характеристики, по которой определяют профиль концентрации примеси, формируют диэлектрик с ловушками и перед измерением неравновесной вольтфарадной хаоактеоистики производят формовку МДП-структуры путем заселения неравйовесными неосновными носи.телями ловушек в части диэлектрика

МДП-структуры, а измерение неравновесной вольт-фарадной характеристики 25 производят после окончания формовки через промежуток времени

"Ф. изм где С вЂ” постоянная времени. эмиссии 30 неосновных носителей с лову-! шек диэлектрика;

t»»- -время измерения неравновесной вольт-фарадной характеристики.. 35

Предпочтительной операцией заселения неравновесными неосновными носителями (формовки) является пробой неравновесной области пространствен ного заряда подачей на МДП-структуру прямоугольного импульса напряжения глубокого обеднения с .временем нарастания переднего фронта (ф )

Y4p (ь. длительностью (Tu)

W 45

tN3M> Ти р 7

5 где Г - время жизни неосновных носителей в неравновесной области пространственного заряда полупроводника;

W — толщина неравновесной области пространственного заряда при пробое;

Ч вЂ” скорость насыщения дрейфа носителей; 55 и амплитудой, устанавливаемой по эталонному образцу.

Отличительными признаками способа является то, что импульс формовки подают несколько раз через интервал 60 времени

Э

-. (Т .< 7t -Т„, е где Tt, — интервал времени между задйим фронтом предыдущего и 65 передним фронтом последующего импульса, а количество подач определяют по эталонному образцу, а также то, что диэлектрик с ловушками формируйт образованием двух слоев разных диэлектриков.

П.р е.р. На поверхности исследуемого полупроводника формируют

МДП-структуру, состоящую из последовательно,образованных двух слоев разных диэлектриков .SiÎ толщиной от 100 до 600 A и Si3N< толщиной от 1500 до 3000 А, поверх которых наносят слой алюминия, и проводят по нему фотолитографию с получением круглых алюминиевых электродов диаметром 1.мм.

На эталонном образце, который представляет собой одну из одинаковых МДП-структур, сформированных в едином технологическом процессе, и служит только для определения по нему экспериментальным путем параметров импульсов формовки (амплитуды и их количества), измеря эт неравновесную вольт-фарадную характеристи-"., ку. tio ней определяют величину обедняющего напряжения, соответствующего минимальной емкости структуры, постоянную величину- эмйссии неосновных носителей с ловушек диэлектрика a „ время жизни неосновиых носителей в неравновесной области пространственного заряда полупроводника, толщину неравновесной области пространственного заряда при ее пробое W и . скорость насыщения дрейфа носите-. лей U> .

Используя полученные параметры задают амплитуду импульса формовки, которая должна быть несколько больше величины обедняющего напряжения, соответствующего минимальной емкости структуры эталонного образца, и достаточной для пробоя неравновесной области пространственного заряда. Пробой всегда происходит не по всей площади диэлектрика под алюминиевым электродом, а в периферийной его часта, так как градиент потенциала на краях электрода больше. Кроме того, задают время нарастания переднего фронта импульса формовки и его длительность и подают импульс формов-., ки на структуру. !

Через промежуток времейи, не превышающий 30 мин, что несколько меньше постоянной времени эмиссии неосновных носителей с ловушек диэлектрика, измеряют неравновесную вольтфарадную характеристику, по которой рассчитывают профиль койцентрации примеси в полупроводнике.

В конкретном примере исследовался полупроводник — кремниевая пластина толщиной 300 мкм, легированная( бором с концентрацией 2 ° 10" cM">

5 - 958987 6

Время жизни неосновных носителей а измерение неравновесной вольт-9a-., в неравновесной области простран- радной характеристики производят ственного заряда составляет 0,2 мкс. после окончания формования МДП-струк-, Электрическая прочность двухслойно- туры через промежуток времени, го диэлектрика около 200 В. Время измерения неравновесной вольт-фарадной характеристики 30 с. Ширина где - постоянная времени эмиссии .области пространственного заряда

1 неосновных носителей с ло- " при пробое g =. 0,8 мкм, скорость . . вушек диэлектрика; дрейфа электронов .Vg=10 см/с. Напря- с„эм- время измерения неравновесжение, соответствующее минимальной 10 ной вольт-фарадной характеемкости структуры на неравновесной вольт-фарадной характеристике, сос-: 2. Способ по п.1, о. т л и ч а ютавляет 53 B. Параметры имтульса шийся тем, что заселение неравформовки выбраны следующими: новесными неосновными.носителями и „„„ 65 В у =0 05 „ Т 100,<5 ловушек в части диэлектрика ИДН-струкВ результате формовки достигнуто тУРы проэоДЯт.путем пРобоЯ неРаВноувеличение диапазона толщины полу-, весной Области пРостРанственного !

f проводника, в котором контролирует-, зарЯДа поДачей на ИДП-стРУктУРУ, ПРЯМО- ся профиль концентрации примеси, на, угольного импульса. напряжения глубо 7Ъ о сравнению с известным способом. кого обеднения с временем нарастания

С целью достижения оптимального . пеРеднего фРонта (ф } результата формовки вместо одного прямоугольного импульса напряжения . "ф < " г

1 глубокого обеднения подают серию одинаковых импульсов,, следующих друг длительностью Т за другом через промежуток;времени

-с Т

10. Мкс. Количество импульсов в се- " . иЪм и у

Рии определяют путем измерения неравновесной вольт-фарадной характерис- где — время. жизни неосновных носитики пОсле ка ого импульса и дости- . телей в неРавновесной обласжения такого состояния структуры, 30 ти пРостРаиственного эаРЯДа. при котором минимальное значение полупроводника; емкости либо перестанет существенно . И - толщина неравновесной обласизменяться, либо станет возрастать с увеличением количества импульсов формовки в серии. Оптимальное коли- 35 VS чество импульсов в серии для исследованных структур составляет 100 им- . Способ по.п,2, о т.л и ч а ю3. Способ и . 2 пульсов. При этом достигается увели- шийся тем что прямоугольный чение диапазона толщин исследованно- го полупроводника íà 4М . 40 ниЯ подают несколько Раз чеРез ин-:

Опробование предлагаемого способа показывает, что.по сравнению с извест- i <Т + i -T н ым способом в нем достигается уве- где Тп — интервал времен и "1 и. л чен

И ие диапазона толщин полупровод- ним фронтом предыд е ремени между зад ника в кт о ором. контролируется про-. 45 передним:фронтом последуюфиль концентрации примеси, от 20 щего импульса, до 80%. 4 Способ по п.1, о т л и ч а ю.Формула изобретения . .щи и ся тем что и .м, то диэлектрик с . ловушками ФОРмируют образованием

1. Способ измерения профил 50 двух слоев разных диэлектриков. центрации пРимеси в полупроводниках сточники .информации, на Основе измерения неравновесной . Принятые во внимание прй экспертизе вольт-фарадной характеристики МДП- . аави .В.В. Контроль параметструктуры, по которой опр еляют . - Ров полупроводниковых материалов филь концентрации примеси, о т л и - 55 on a ° 4 ° и эпитакси л а ю щ.и и с я., ское Радио", 1976., с. 18-2.3. ширения функциональиых BosMGRHocTBA .3 способа, перед измерением . Броиинг, Рихтер. нОвый им» тельно фор руют диэл "уль иый метод измерения емкости ем послед ва диэлектрик с ловуш- .ццП „„„„,, ками и формуют NnII-структ ру .60 yKTypH в зависимости от напря» заселения неравновесным," „ „ „ - Р ме и " ПрибОРы для научми носителями ловушек д, "ых исследований", 1976,.Р 3, с.. 69шек диэлектрика, 73 (прототип

ВНИИПИ Заказ 7009/61 Тираж 717 Подписное

В филиал ППП "Патент", г.Ужгород. Ул.Проектная,4