Способ определения диэлектрической проницаемости полупроводниковых и диэлектрических пленок в локальной области

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iij 99503 6

Союз Советскик

Социалистических

Республик

{61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25 ° 06. 79 (21) 2783933/18-21 (Р }М К 3

6 01 Н 27/26 с присоедимением заявки МоГосударственный комитет СССР. ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 0702.83. Бюллетень Йо 5

1%3} УДК 621, 317 ° . 335. 3 (088 ° 8) Дата опубликования описания 07.02.83 при Саратовском ордена Трудового Красного нам государственном университете им. Н.Г.Чернышевского (71) Заявитель (54) спОсОБ ОпРеделения диэлектРическОЙ пРОницАемОсти

ПОЛУЧРОВОДНИКОВЫХ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК

В ЛОКАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ, Изобретение относится к измерительной технике и может найти- широкое применение при определении ло+ кальных электрических параметров высокоомных полупроводниковых H диэлектрических слоистых †структ, в микроэлектронике, электрографии, химической промышленности, проведении научных исследований.

Известен -способ определения локальной диэлектрической проницаемости слоистых структур, основанный -на возбуждении в исследуемой области пленки электрического поля и измерении его вариаций с помощью измерительного электрода и электрода расположенного под исследуемой плейкой, обусловленных диэлектрической проннцаемостью 111.

Однако в этом способе при проведении бесконтактных измерений локальность области зависит не только от размеров электродов, но и от величины зазора между исследуемой поверхностью и электродом. При увеличении зазора локальность измерений ухудшается и за счет этого снижается точность. Чувствительность способа к вариациям диэлектрической проницаемости прн неизменном напряже« нии между электродами с увеличением зазора ухудшается и это также при-. водит к снижению точности. При уменьшении зазора локальность области измерений увеличивается, но необходимость сканирования исследуемого слоя требует прецизионного сохранения зазора, так как его малейшие случайныне изменения, обусловленные, например, несовершенством применяемой сканирующей системы, приводят к снижению точности н тем в большей степени, чем ближе от пленки проводятся измерения.

Кроме того, наличие экранов у индикаторных электродов увеличивает общую емкость системы и соответственно приводит к снижению предельной чувствительности в целом при индикации напряжения. Исключение экранов ухудшает локализацию области измерений.

Такие противоречивые требования при реализации данного способа не могут быть удовлетворены, что и предопределяет его ограничения по степени локализации и чувствительности быстродействию и простоте измерений, а это в конечном итоге не позволяет получить высокую точность определе995016 низ диэлектрической проницаемости полупроводниковых и диэлектрических слоев.

Цель изобретения - повышение локальности при определении диэлектрической проницаемости полупроводниковых и диэлектрических пленок.

Цель достигается тем, что соглас. Но способу определения диэлектричес-

4 кой проницаемости полупроводниковых и диэлектрических пленок в локальной 10 области, заключающемуся в возбуждении в исследуемой области пленки электрического поля и измерении его вариации с помощью измерительного электрода и электрода, расположенного 15 под исследуемой пленкой, на поверхность диэлектрической пленки, обращенную к измерительному электроду, наносят электростатический заряд в локальной области, измеряют инду- 20 цируемые на измерительном электроде заряды при двух его положениях относительно диэлектрической пленки, а диэлектрическую проницаемость определяют по формуле 25

Н,с — ц )

h1 Ч, Ч где Н толщина пленки;

- расстояния от пленки -З0

1 до измерительного электрода;

q - заряды, соответственно, 2 при расстояниях h u

) г. 35

Способ осуществляется следующим образом.

На исследуемую область чиэлектрического слоя наносят в поле корьнного разряда электростатический заряд. 40

Исследуемый диэлектрик перемещается таким образом, чтобы заряженная область находилась между измерительными электродами. Далее измеряют индуцируемые заряды на одном из измерительных электродов при двух расстояниях его от заряженной поверхности слоя. Эти расстояния измеряются, а диэлектрическая проницаемость слоя определяется по приведенной выше формуле.

В случае фоточувствительного полупроводникового слоя его поверхность сначала электризуется полностью, а затем заряд нейтрализуется электросг магнитным излучением везде, кроме тех локальных областей, где необходимо измерить-диэлектрическую про- . ницаемость.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для осушеств- 60 ления способа; на фиг.2,3 и 4,5 системы электродов и слоя соответственно для локализации и сравнения чувствительности предлагаемого способа с известным. 65

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит высоковольтный блок 1 питания с коронирующим, электродом 2 и измерительный электрод 3, подключенный к входу индикатора 4, а механически соединенный с блоком 5 перемещения. Оба электрода расположены над исследуемой пленкой б на подложке 7, Устройство работает следующим образом.

В исследуемой области пленки из,вестной толщины наносится локальный заряд цр с помощью коронирующего электрода 2 и блока 1. Заряженная область транспЬртируется под измерительным электродом 3, размеры которого боЛьше расстояния до заземленной подложки 7, так, что справедливо приближение плоскопараллельного слоя.

Далее измеряются индуцированные на электроде 3 заряды при расстояниях от него до поверхности пленки

h и h< соответственно и вычисляет1. ся значение диэлектрической проницаемости в области, расположенной между локализованным зарядом и подложкой.

В общем случае заряд, индуцирован-, ный на измерительном электроде, определяется соотношением

q = I (х у )(фх у4.) ds, где s - -площадь поверхности слоя, .на которой локализован заряд с плотностью б (х у), — потенциал поля, зависящего от координат и диэлектрической проницаемости пленок, которое возникает на ее поверхности в отсутствие заряда при единичном потенциале на измерительном электроде.

Знауение.потенциала известно и в области локализации заряда счи-. тается постоянным, поэтому а

q= 9() Хб (s) ds = Р (9) Q (s) .

Наиболее простое аналитическое выражение Q(S) имеет место в случае плоско-параллельных индикаторных электродов, расположенных по обе стороны от пленки (() Н

H+Kh где Н - толщина пленки; ь — диэлектрическая проницаемость в области расположения заряда;

h - расстояние от заряженной поверхности до измерительного электрода, расположенного co стороны заряженной поверхности.

Диэлектрическая проницаемость определяется по формуле, полученной на основании предыдущих

995016

Для исключения необходимости знания абсолютной величины нанесенного локалйзованного заряда измерения проводят при двух значениях расстояния h и h2 от поверхности пленки известной толщины Н. При этом справедливо следующее выражение, позволяющее в случае любой электродной системы найти значение локальной диэлектрической проницаемости слоя и Д\/

Я2. f 6(в)9з Ж ) пв или при ф = const и 92=const на в Pq (1)

Ч2 М

Ясли, например, исследуемая пленка расположена на металлической заземленной подложке, а измерительный электрод плоскопараллелен слою, причем линейные размеры электрода таковы, что поле в локальной области расположения заряда однородно, потенциал при двух значениях рассгоаний h H h or электрода до заряжен2 ной поверхности соответственно равен

Н a+ah, Н

Н+ 1 2

Поскольку имеем — q h2 гДе АЧ = Я2 Я,1 °

Это же соотношение получается, если ввести понятие емкостей между заряженной поверхностью, верхним и нижним электродами соответственно

С „ и СН. Тогда при двух положениях верхнего электрода будут иметь место емкости С),, и С ), а индуцированный на измерительном электроде заряд равен

С 1 з

Сн -Ь4

С+С

Н 1

Из отношения

ЯА. я С% (Си+С%„) предполагая линейные размеры заряженной области значительно больше толщины слоя Н и расстояния до измерительного электрода h так, что

С =-й-; С =; С = — -Е s E-s б s

hq н1 h1 Н Н получаем указанную формулу для вычисления E

6.=

h qq - h2q

Поскольку в предлагаемом способе локализация области измерений определяется лишь размерами зарядового пятна на поверхности и не зависит от о расстояния измерительного электрода до пленки, измерения можно проводить на любом расстоянии, а за счет улучшения локализации области измерений и исключения влияния несовершенства

35 канирующих систем повышается точ- .

"ность определения локальной диэлектрической проницаемОсти.

Кроме того, чувствительность предлагаемого способа к вариациям диэ ® лектрической проницаемости слоя возрастает с увеличением расстояния между индикаторным электродом и поверхностью пленки, что также способствует повышению точности из25 мерений за счет уменьшения влияния этого расстояния на процесс измерений

Предлагаемый способ обеспечивает высокую степень локализации измерений, которая определяется лишь

ЗО площадью заряженной поверхности и толщиной пленки.

Отсутствие зависимости локальности измерений от конструкции ин дикаторных электродов, применяемых

35 в .устройствах, реализующих способ, позволяет улучшить в несколько раз локальность исследуемой области пленки при увеличении чувствительности и упрощении процесса измереgg ний и за счет, этого повысить точность бесконтактного определения диэлектрической проницаемости слоев . в локальной области.

Формула изобретения

Способ определения диэлектрической проницаемости полупроводниковых и диэлектрических плейок в локальной области, заключающийся в возбуждении в исследуемой области пленки электрического поля и измерении его вариации с помощью измерительного электрода и электрода, 55 расположенного под исследуемой пленкой, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения локальности, на поверхность диэлектрической пленки, обращенную к измерительному О .электроду, наносят электростатический заряд в локальной области, измеряют индуцируемые на измерительном электроде заряды при двух его

-положениях, относительно диэлектри65 ческой плейки, а диэлектрическую

995016

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Грищенко В.Л, и др. Применение емкостных зондов для определе с

° ния локальных неоднородностей пленочных структур - Сб. Рост и легирование полупроводниковых кристаллов и пленок . Новосибирск, СО Наука, 1977, с.310-315 (прототип) ° где Н

4 Х ч„,.ч,—

Составитель С.Марков

Редактор Н.Джуган Техред Т.Иаточка Корректор С,Шекмар

Заказ 633/30 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 проницаемость определяют по формуле

Н() Ь1Ч л — Ь,Чъ толщина пленки; расстояния от пленки до измерительного электрода; заряды соответственно при расстояниях h è

Ь я °

$e

g=с юлг/