Способ измерения параметров области полупроводникового слоя Советский патент 1984 года по МПК G01R31/26 G01R31/28 H01L21/66 

Гг1

1

1I

1ПП

Oi

эо

1

Г--1

LfJ

00 4 Изобретение относится к измерени электрофизических параметров полупроводников и может найти применени в промьЕиленности для контроля элект рофизических параметров полупроводниковых пластин, используемых при изготовлении микросхем и полупровод никовых приборов. Наиболее эффектив но изобретение может быть использовано для контроля слоев, изолирован ных от подложки полупроводниковой структуры, например эпитаксиальных слоев. Известен четырехзондовый способ измерения параметров полупроводниковых слоев, изолированных от подложки, в частности их поверхностного сопротивления, включающий операции установки на поверхности слоя на фиксированном расстояниидруг от друга четырех зондов, задания че рез два КЗ них тока и измерение падения напряжения на двух других зон дах tn. . Однако способ требует высокой точ ности юстировки зондов и дает сущес венную погрешность для слоев с ограниченной площадью, где не выполняет ся условие полубесконечности образцов (характерный размер контролируемого слоя много больше расстояни между зондами)о Наиболее близким к изобретению является способ измерения параметров области полупроводникового слоя, включающий ограничение размеров кон ролируемой области замкнутой МДПструктурой, формирование внутри кон ролируемой области средств контактирования, подачу импульса напряжения обеднения на замкнутую МДП-структуру и ограничение времени измерения параметров в пределах длительности импульса Напряжения обеднения. В качестве средств контактирования используют, металлический электРОЛ; нанесенный через изолирующий слой диэлектрика на поверхность конт ролируемой области внутри замкнутой МДП-структуры и, следовательно, внут ри контролируемой области, которая ограничена замкнутой МДП-структурой формируют внутреннюю МДП-структуру. Во время воздействия импульса напряжения обеднения в течение ограничен ного времени, лежащего в пределах длительности этого импульса, измеряют величину тока смещения внутренней МДП-структуры, по которой определяют такой параметр контролируемой области, как скорость яоверхностной генерации С23. Недостатками известного способа являются сложность технической реализации, обусловленная необходимостью выполнения очень узких Споряд ь-я 1 мкм) зазоров между металличест кими электродами внутренней и зам-кнутой МДП-структур а также ограниченные функциональные возможности, поскольку измеряется только один параметр контролируемой области слоя полупроводниковой структуры Кроме того,- снижается точность измерений лз-за влияния окружающихобластей контролируемого слоя структуры, поскольку контролируемая область не изолирована электрически от этих областей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения параметров области полупроводникового слоя, включающему ограничение размеров контролируемой области замкнутой МДП-структурой, формирование внутри контролируемой области ;. средств контактирования, подачу импульса напряжения обеднения на замкнутую МДП-структуру и ограничение времени измерения параметров в пределах длительности импульса напряжения обеднения, подачу импульса напряжения обеднения производят, : увеличивая его амплитуду до момента наступления электрической изоляции контролируе 5Ой области от осталыной части полупроводникового слоя, затем повышают амплитуду импульса до установления времени существования электрической изоляции, отвечающего условию . «5М . где ty - время существования электрической изоляции; t(j(rt - время измерения параметров контролируемой области На фиго 1 изображена топология формируемой МДП-структуры, предназначенной для измерений поверхностного сопротивления полупроводникового слоя; на фиг. 2 - временная диаграмма измерений электрических характеристик; на фиг о 3 - топология формируемой структуры, предназначенной для измерения величины ухода рельефа скрытого слоя эпитаксиальных структур; на фиг. 4 - то же, для измерения удельной емкости изолирующего Р - rt перехода .Формируемая МДП-структура содер- жит контактное окно 1 (площадка) к внешней по отношению к контролируемой области полупроводникового слоя, контактное окно 2 для подключения первого выхода источника тока, контактное окно 3 для подключения первоговхода вольтметра, контактное окно 4 для подключения второго входа вольтметра, контактное окно 5 для подключения второго выхода источника тока, контактную площадку 6

к металлу МДП-структуры, металл 7 замкнутой МДП-структуры и контролируемую область В полупроводникового слоя.

На фиг 2 показаны временная зависимость 9.подаваемого на металл МДП-структуры напряжения, временная зависимость 10 тока утечки, допустимая величина 11 тока утечки, диаграгима 12 проводилых в контролируемой области измерений, а также временная зависимость 13 толщины неравновесной области пространственного заряда.

МДП-структура включает также скры тый слой 14, контактное окно 15 для подключения вольтметра, контактную площадку 16 - МДП-структура на внешней области полупроводникового слоя контактную площадку 17 - МДП-структура на контролируемой области полупроводникового слоя.

Электрическую изоляцию контролируемой области от остальной части слоя структуры на- время измерения осуществляют не. с помощью разрушающих структуру технологических опефаций, а путем йодачи на ограничивающую размеры контролируемой области по поверхности слоя замкнутую МДП-структуру импульса напряжения такой полярности, при которой происходит обеднение слоя полупроводника под электродом замкнутой МДП-структуры основными носителями заряда. Приложение импульса напряжения обеднения создает под электродом замкнутой МДП-структуры неравновесную область пространственного заряд (НОПЗ), которая расширяется от поверхности слоя вглубь его. по мере увеличения амплитуды импульса.

Поскольку предложенный способ предназначен преимущественно для исследования слоев полупроводника, изолированных от подложки, образование НОПЗ создает предпосылки для электрической изоляции контролируемой области, ограниченной замкнуто МДП-структурой, от всего остального исследуемого слоя,. Полная электрическая изоляция наступает в тот момент, когда НОПЗ при увеличении амплитуды импульса перекрывает всю толщину исследуемого слоя и смыкается с изолирующей подложкой.

При дальнейшем повышении амплитуды импульса увеличивается время существования электрической изоляци (это время, в течение которого НОПЗ перекрывает слоя). Затем за счет рекомбинационных процессов НОПЗ уменьшается, и через некоторое время существование изоляции контролируемой области прекращается.

На время существования электрической изоляции имеются широкие возможности для измерения праметров полупроводникового слоя в локальной контролируемой области этого слоя, так как на измерения практически не влияют соседние с контролируемой окружающие области слоя.

Способ осуществляется следующим образомо

На поверхность исследуемого слоя полупроводника, который изолирован от подложки структуры, наносят замкнутую МДП-структуру для ограничения размеров контролируемой области по поверхности исследуемого слоя полупроводника. Внутри контролируемой области формируют средства контактирования. В зависимости от набора измеряемых параметров средства контактирования могут выполняться по-разнсму„ Это могут быть контактные плоЩс1Дки, с псяиетаью которых чере-з окна в слое диэлектрика осуществляется контакт со слоем полупроводника, могут быть также использованы средства контактирования в виде электрода или нескольких электродов МДП-структур, формируемые с целью измерения характеристик поверхностной емкости

Затем на замкнутую МДП-структуру подают импульс напряжения обеднения который создает НОПЗ и увеличивают амплитуду импульса до тех пор, пока НОПЗ не сомкнется с изолирую1чей подложкой, когда наступает электрическая изоляция контролируемой области от остальной части слоя структуры. Дальнейшее увеличение амплитуды импульса напряжения обеднения ограничивается значением, при котором электрическая изоляция существует в течение всего времени измерений параметров контролируемой области.

Контроль амплитуды импульса напржения обеднения, удовлетворяющей условию изоляции области, может быт осуществлен, например, двумя методами.

Первый метод осуществляется путе измерения зависимости емкости замкнтой МДП-структуры от амплитуды приложенного импульса напряжения обеднения. При амплитуде импульса, соответствующей значению, при котором емкость МДП-структуры перестает уменьшаться, , достигается минимальная величина контролируемой емкости, происходит смыкание НОПЗ с изолирующей подложкой и изоляция контролируемой области; далее амплитуду кгшульса напряжения обеднения повышают Настолько, чтобы ограниченное время, необходимое для выполнения измерений интересующих параметров контролируемой области, на измеряемой зависимости емкость замкнутой МДП-структуры не начала увеличиваться, что соответствует началу уменьшения толщины слоя ВОПЯ Второй метод осуществляют путем измерения зависимости тока утечки между контролируемой областью и остальной частью слоя полупроводника„ Для измерения тока утечки предварительно вне замкнутой МДП-структуры формирую .дополнительные средства контактирования (дополнительные контактные площадки к слою полупроводника), до подачи импульса напряжения обеднения меткду внутренними и внешними средствами контактирования устанавливается определенной величины ток утечки (этот ток может быть постоянным, если внутренние и внешние средства контактирования обеспечивают непосредственный контакт со слоем полупроводника, или емкостным если во внутренней области полупроводника средства контактирования выполнены в виде электрода МДП-структуры)/ по мере увеличения-амплитуды 1тпульса напряжения обеднения НОПЗ расширяется, что приводит к уменьшению тока утечки, величина тока утечки является мерой определения качает на изоляции контролируемой области от осташьной части слоя структуры по действием НОПЗ амплитуду импульса напряжения обеднения повышают до такой величины, чтобы в течение всего времени измерений (которре принимается за известный параметр) ток утечки не превышал заданное значение Таким образом,- в обоих случаях контролируемую область изолируют от остальной части слоя структуры на ограниченное и заранее известное время измерения интересующих параметров области с помощью неравновесной области пространственного заряда, которая в течение этого времени перекрывает всю толщину исследуемого слоя. По сравнению с известным способом измерений предложенный обладает более широкими функциональными возможностями благодаря тому, что на время измерений контролируемая область изолируется от остальной части слоя структуры неравновесной областью пространственного заряда. При этом могут быть измерены, например, такие параметры контролируемой области полупроводникового слоя, как поверх,ностное сопрютивление, рельеф зарядов в этом слое, удельная емкость изолирующего р - перехода между исследуемым слоем и подложкой о Кроме того, предложенный способ позволяет исключить разрушение контролируемого слоя полупроводника благодаря использованию низкотемпературных операций подготовки структуры к измерениям и повысить точность измерения параметров слоя в локальной области слоя за счет исключения влияния окружающих областей исследуемого слоя.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБЛАСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОЮГО СЛОЯ, включаквдий ограничение размеров контролируемой области замкнутой МДПструктурой, формирование внутри контролируемой области средств контактирования, подачу импульса напряжения обеднения на замкнутую МДП-структуру и ограничение времени измерения параметров в пределах длительности импульса напряжения обеднения, о тлйчаищийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, подачу импульса напряжения обеднения производят, увеличивая его амплитуду до момента наступления электрической изоляции контролируемой об.ласти от остальной части полупроводникового слоя, затем повышают амплитуду импульса до установления времени существования электрической изоляции, отвечающего условию: Чда U5M где tvA3 время существования электрической изоляции, tyjb, - время измерения параметров контролируемой области

А

f/

Время

Фи9.3

16

7 8 Фиг.