Способ определения параметров полупроводников Советский патент 1991 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения параметро легирования полупроводников - концентрации оснбвной (легирующей) примеси, степени ее компенсации и энергии активации.

Цель изобретения - неразруш гощее определение параметров объемного ле гирования йолупроводника - концентра ции основной легирующей примеси Nj, степени ее компенсации К и энергии активации Е.

На фиг. 1 приведена рассчитанная

температурная производная уровня Фер- d Fn

15

-Г-d Т

ми F в полупроводнике; на фиг.2 - зависимость вспомогательной функции Hj от Температуры Т.

Измерения проводят в гелиевом кри- остате с электронн1.1м терморегулятором в диапазоне температур 20-300 К.

В режиме стабилизации емкости сигнал с измерителя добротности ВМ 560 после интегрирования смещает МДП- структуру в направлении, компенсирующем возмущение ее ВЧ-емкости. Стабилизация ВЧ-емкости осуществляется на уровне 10 , чувствительность к изменению емкости /« 1 фФ на частоте 1 МГц при амплитудном значении тестового ВЧ-сигнала 5 мВ.

Определяют параметры легирования кремния в МДП-структуре Al-SiOj-Si

м и толщиной диэлекl-f

площадью 5-10 трика О,12 мкм.

В режиме обогащения измеренная емкость С МДП-структуры составила 149,5 пФ.

МДП-структуру помещают в криоста1Т

20 К,

и охлаждают до температуры Т Подают обедняющее напряжение

% -1 ВНагревают структуру со скоростью /1 0|,2 К/с до температуры Т 300 К„ Б процессе нагрева высокочастотная (1 МГц) малосигнальная (5 мВ) емкость ВДП-структуры поддерживается постоянной с помощью системы обратной связи между измерителем добротности н управляемым источником напряжения Vo Одновременно измеряют вытекающий ток I и произподну, по температуре Т вырабатываемого системой обратной связи напряжения на затворе.dVQ/dT.

Рассчитанная температурная производная уровня Ферми в полупроводнике

dFf, согласно --dVj j /5C

где q в

30640 2

элементарный заряд, р - скорость /га- греза, представлена на фиг.1.

Согласно критерию постоянства производной определяют низкотемпературную область, в которой рассчитывают степень компенсации К по формуле

JO

К - ехр(1 - -lii) 0,015,

где g - фактор вырождения, принятый

равным 2; k - постоянная Больцмана.

d Fn

По экспериментальной зависимости

-Г- в области температуры 100-300 К d Т

строят вспомогательную зависимость

го

Я.- -рЦ-Е-Зг)

где NC - эффективная плотность состояний, представленную на фиг.2.

В области температур 200-300 К, где эта зависимость постоянна, определяют концентрацию легирующей примеси N N 4-to см .

Численным решением уравнения нейтральности с найденными значениями Nji и К находят энергию активации основной примеси Ер, которая равна ЕО ; 45 мэВ, что близко к энергии активации В и Si.

Формул

изобретения

0

5

0

5

Способ определения параметров полупроводников, основанный на термостимул ированном разряде МДП-конден- сатора в режиме поддержания емкости структуры в процессе ее разрядки постоянной и регистрации зависимости напряжения на металлической обкладке МД11-кондеисатора от температуры Vj(T)p отличающийся тем, что, с целью нераэрушающего определения параметров объемного легирования полупроводника - концентрации основной легирукицей примеси.Ni, степени ее компенсации К и энергии ак- тивадии Ер, одновременно с зависимостью Vrt (Т) измеряют зависимость от температуры разрядного тока I(Т)

d V и определяют производную а по

этим зависимостям расчетным путем ап1 еделяют температурную производную

3n06/(OA

уровня Ферми в полупроводнике F согласно формуле

d Fn

df

5

где ft скорость нагрева; q - элементарный заряд; С - измеренная в режиме обогащения ВЧ-емкость МДП-структуры,

гемператур строят вспомогательную зависимость

d Vj 1 .

dT

И

XT V 3 1 d Fh NC exp -

/3, 42 k dT /

2 k dT где N(. - эффективная плотность cocB йбластн температур, где -т--

d Fh const и О,

определяют степень компенсации К по формуле

г / d Гич

.К--ехр (- ),

где k - постоянная Больцмана, р - фактор вырождения, во всей области

10 тояний в разрешенной зоне полупроводника, в области высоких температур, где NJ - const, определяют кон центрацию основной легирующей примеси Nj N, по найценньм

15 значеТ иям N и К ия уравнения нейтральности определяют энергию активации основной примеси Е

о гемператур строят вспомогательную зависимость

И

XT V 3 1 d Fh NC exp -

/3, 42 k dT /

2 k dT N(. - эффективная плотность cocси Е

оI

-2

-/,.

Фиг.1

7...1

1i/,

15

W

«

ft5

kXA

4r.x

200

ftouz.2

300

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения параметров легирования полупроводников Целью изобретения является неразрушак)- щее определение параметров объемного легирования полупроводника - концентрации основной легируницей примеси, степени ее компенсации и энергии активации. Согласно изобретению, при термостимулированном разряде МДП-кон- денсатора в режиме поддержания емкости структуры постоянной измеряют зависимостей напряжения на обкладке конденсатора и разрядного тока от температуры. В режиме стабилизации емкости сигнал смещает МДП-структуру в направлении, компенсирующем возмущение ее ВЧ-емкости. Искомые параметры вычисляют. Методика расчета учитывает зависимость уровня Ферми от температуры, что позволяет уменьшить ошибки, обусловленные влиянием границы раздела МДП структур и приповерхностной области полупроводника, и определить параметры именно объемного легирования полупроводника, такие как концентрация основной леги- рукицей примеси, степень ее компенсации, энергия активации. 2 ил. feo

Редактор О.Стенина

Составитель Л.Смирнов

Техред Л.Олейних Корректор Л.Патай

Заказ 3436 Тираж 365Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. /i/5

:Производственногполиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4.