Устройство для измерения параметров МДП-структур Советский патент 1984 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для проведения экспресс-контроля ка чества и исследования структур металя диэлектрик-полупроводник (МДП-структур) в процессе производства интетральных схем на их основе. Известно устройство для регистрации вОЛЬт-фарадных характеристик МДП-структур, представляемых одноэле ментной эквивалентной схемой замеще 1 кия, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник смещения, усилитель, к входу которого подключен образцовый резистор, а выход через выпрямитель соединен с вертикальным входом самописца, горизонтальный вход которого подключен к источнику смещения. Объект измерения и образцовые сопротивления образуютемкостно-омический делитель для ейнусоидального нащзяжения 11, Недостатком известного устройства является низкая точность и ограничен ные функциональные возможности, определяег ые упрощенным представлением МДП-структуры в виде одной эквивален ной емкости. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник смещения, объект и змерения, два усилителя, индикатор синфазности, управ ляемый делитель напряжения, первый вход которого соединен с генератором синусоидального напряжения, сумматор выход которого через объект измерения подключен к входу второго усилителя, а первый вход соединен одновременно с источником смесценйя и.с горизонтальным йходом самописца, вертикальный вход которого подключен к выходу выпрямителя. Объект измерения и образцовое сопротивление образуют цепь обратной связи второго усилителя. Для исключения влияния напряжения смещения на режим второго усилителя по постоянному току в схему вклю чены фильтр нижних частот, регулируе мое сопротивление и инвертор t2j. Недостатком указанного устройства является невысокая точность измерения такого важнейшего параметра исследуемой( МДП-структуры, как емкость полупроводника из-за использования неточной электрической схекы замещения мда-структуры, состоящей из параллель но соединенных эквиватентной емкости структуры и сопротивления утечки. Кроме того, полученные значения па раметров эквивалентной схемы являются абсолютными. Как известйо, емкость диэлектрика, входящая в емкость струк туры, прямо )пропорцион альн а площади контакта. Нестабильность площади контакта приводит к снижению точности H3 мерений емкости структуры, что особенно сказывается в установках со cкaни рующим зондом, например, при контроле однородности МДП-структуры. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство содержащее генератор синусоидального напряжения и источник смещения, подключенные соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход которого соединен с первой клеммой для подключения испытуемой структуры, вторая клемма для подключения испытуемой структуры соединена с входом усилителя, между входом и выходом которо 1 го включен образцовый конденсатор, а первый вход блока регистрации соединен с выходом источника смещения, и: управляемый делитель напряжения, введены второй сумматор, блок стабилизации, фазовращатель,;, коммутатор, синфазный фазочувствительный выпрямитель, при этом выход первого сумматора последовательно через делитель напряжения подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом усилителя и с первым входом синфазного фазочувствительного выпрямителя, второй эход которого подключен к выходу комкбтатора, первый Kotoporp соединен С выходом второго сумматора, а второй вход - с выходом фазовращателя, вход которого соединен с выходом втоix ro сумматора и с входом блока стабилизации, выход которого соединен с управляижщм входом генератора синусоидального напряжения, второй вход блока регистрации соединен с выходом синфазного фазочувствительного выпрямителя. На чертеже представлена функциональная схема устройства. У стройство для измерения параметров МДП-струн тур содержит генератор Iсинусоидального напряжения и источник 2 смещения, подключенные соответственно к первому и второму входам первого суммате а 3, выход которого соединен с первой клеммой 4 для подключения испытуемой структуЕнл, вторая 5 клемма для подалючемия испытуемой структуры соединена с входом усилителя 6, между входом и выходом которого включен образцовый конденсатор 7, а первый в.ход.блока регистрации 8 (самописца) срединеи с выходом источника 2 смещения, и управляемый делитель 9 .напряжения, выполненный регулируемым, второй сумматор 10, блок IIстабилизации, фазовращатель 12, коммутатор 13, синфазный фазочувствительный выпрямитель 14/при этом выход; первого сумматора 3 последовательно через делитель 9 напряжения подключен к первому входу второго сумматора

10, второй вход которого соединен с выходом усилителя бис первым входом синфазного фаэочувствительного выпрямителя 14, второй вход которого подключей к выходу коммутатора 13, первый вход которого соединен с .выходом второго сумматора 10, а второй вход с выходом фазовращателя 12, вход которого соединен с выходом второго сумматора 10 и с входбм блока 11 стабилизации, выход которого соединен с управляющим входом генератора 1 синусоидального напряжения, второй вход блока 8 регистрации соединен с выходом синфазного фаэочувствительного выпрямителя 14.

Эквивалентная схема исследуемой МДП-структуры представлет собой последовательное соединение емкости изолятора l5(Ci) с параллельно соединенными емксютью полупроводника 16(Ср) и проводимостью полупровдника l7{Gp).

Устройство работает следующим обiaaaoM.Исследуемую МДП-структуру подключают к клемвлам 4 и 5. К ней прикладывается через сумматор 3 сумма напряжения смещения от источника 2 и синусоидального напряжения требуемой частоты (тест-сигнал U) от генератора 1 .

.В начальный момент времени на исследуемую структуру подается такое напряжение (положительное для структуры п-типа и отрицательное для структуры р-типа), которое вводит МДПструктуру в режим сильного обогащения (режим аккумуляции), В этом режиме коэффициент передачи МДП-структуры определяется только емкостью изолятора 15(С), так как падение напряжет ния на полупроводниковой части практически равно нулю dj.p ,Q 0.

В этом случае выходной напряжение усилителя 6 равно .-.-it. На вхо;р сумматора 10 поступает на пряжение и с выхода усилителя б и напряжение Uj с выхода резгулируемого делителя напряжения 9. Выходное напряжение сумматора Ю определяется выражением и-,0 е 9 Напряжение Uj связано с входным. напряжением Ug через коэффициент передачи К регулируемого делителя напряжения 9, т.е. Оэ ки„ Подставляя выражение (1) и (3) в (2) получают

и., и„(к - ).

Изменяя коэффициент передачи К регулируемого делителя напряжения 9, добйвак тся нулевого сигнгша 6 на выходе сумматора 10. Момент достижения равновесия фиксируется с помощью фазочувствительного выпрямителя, подключенного к выходу сумматора 10, который определяет измененме фазы напряжения на противоположную 0 по отнсшению к напряжению U сиж азному согласно (1) с напряжением Uj. Значение К.удовлетворяющего состоянию равновесия, определяют ,п1жравнивая правую часть выражения (4) нулю, откуда получёют

(5)

К.

После вывода МДП-структуры из режима аккумуляхщи напряжение на выходе усилителя б опред;еляется выражением

(6)

и,

-Са + .±f-Се -

С) G + juiCp

Введение блока стабалнзащии 11 позволяет изменять напряжение генератора 1 таким образом, что при изменении параметров МДП-структуры от прикладываемого напряжения смещения напряже:ние UIP на выходе сумматора 10 остается постоянным, в этом случае напряжение является опорным. Из (2) получают

(7)

б ю - 9

Подставляя значение U- из (3) с учетом (5) получают

ь Uio--§4

(8)При подключении с помощью комму. 45 татора 13 фазочувствительного выпряОпределяя из (6) значения Ug и подставляя полученное выражение в (8) получают и, и,„ч.й,.а ) (9) в этом случае напряжение. IJg определяется выражением «( - ) Фазочувствительный выпрямитель 14 определяет только синфазную составляющую поступающего на его вход напряжения, опорным сигналом для него служит напряжение и . мителя к.выходу сумматора 10 напряже ние на его выходе U к./и Лм у чо/ с- ДЧЙ йрелеленяя квадоатурной составляющей №1а е1 якеняя U фаэочувствитедьный.выпр«мвтель 14 подключают к выходу сумкатрра 10 через фазовращатель, «(Иёюцвй коэффициент передачи, пропорщсональный ju) реализованный, йапрймеру набазе дифференцирующего усилителя.В этом случае фвэочувствитёльный выпрямитель вьшеляет квадратурную состгшляющую напряжения . V-afНапряжение с выхода фазочуветвительного выпрямителя 14 поступает на вертикальный вход самописца 8, напря жение смещения, прикладываемое к исследуемой Структуре, поступает на горизонтальный вход сгьмописца 8, Самописец регистрирует зависимости приведенных значений емкости или провЬдимости полупроводниковой части МШ1-структуры в функции от приложенного к МДП-структуре напряжения смещения. Дополнительно по значению коэффициента передачи регулируемого делителя напряжения, реализованного, например, на базе потенциометра, отсчитывают в соответствии с (5) значение емкости изолятора 15(С{), Тшим образом, предлагаемое устройство позволяет регистрировать значения емкости и проводикюсти полупроводниковой части в нормированном виде, Т.е. от нес денными к емкости изолятора данного образца. Повьпиение точности измерения вольт-фарадных характеристик по сравнению с прототипом повысит качество корректировки Texliponecca и за счет этого увеличится процент выхода годных БИС

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МДП-СТРУКТУР, содержащее генератор синусоидального напряжения и источник смещения, подключённые соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход которого соединен с первой клеммой , для--подключения испытуемой структуры, вторая клеьфла для подключения испытуемой структуры соединена с входсм усилителя, между входом и выходом которого включен образцовый конденсатор, а первый вход блока регистрации соединен с выходом источника смещения, и управляемой делитель напря|жения, отличающееся тем что, с целью повышения)точности, оно снабжено вторым сумматором, блоком стабилизации, фазовращателем, коммутатором, синфазным фазочувствитель ным выпрямителем, при зтом.выход первого сумматора последовательно через делитель напряжения подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом усилителя И первым входом синфазного фазочувствительного выпрямителя, второй вход которого подключен к выходу (Л коммутатора,первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, а второй вход - с выходом фазовращателя, вход которого соединен с выхо. дом второго сумматора и с входом блока стабилизации,выход которого соединен с управляющим входом генератора сину- : соидального напряжения, второй вход блока регистрации соединен с выхо;йом синфазного фазочувс твительного ;ВЫпрямИ1 еля. . СП со