Способ контроля зарядовой стабильности структур диэлектрик-полупроводник с приповерхностным @ - @ -переходом Советский патент 1992 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано для контроля зарядовой стабильности полупроводниковых структур.

Известен способ проверки жесткости излучения полупроводниковым устройством, включающий создание коронного раз-, ряда с высоким, но нерэзрушающим электрическим полем на слое окисла, нанесенном на поверхность полупроводникового материала, ионизацию дырочных ловушек вблизи поверхности, разделяющей слой окисла и полупроводника, определение сдвига горизонтального участка напряжения, который пропорционален величине неподвижного положительного заряда в окисле, расположенного вблизи поверхности раздела и обусловленного ионизацией ловушек, суждение о жесткости излучения и величине неподвижного положительного заряда в окисле по величине сдвига горизонтального участка напряжения.

Однако по причине того, что сдвиг горизонтального участка вольт-амперной характеристики существенно зависит от величины приложенного на коронирующий

электрод напряжения, величина которого при проверке жесткости излучения существенно роли не играет, известный способ имеет низкую достоверность при контроле зарядовой стабильности структур диэлектрик-полупроводник.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому способу является способ контроля зарядовой стабильности структур диэлектрик-полупроводник с поверхностным p-n-переходом, включающий подачу на приповерхностный р-п-переход напряжение обратного смещения, измерения тока через р-n переход, воздействие на структуру электрическим полем коронного разряда, полярность которого соответствует инверсии приповерхностной oe/facTtrp K- перехода, измерение тока через диэлектрик, обусловленного коронным разрядом и измерение вольт-амперной характеристики р-n перехода при установившемся значении плотности тока через диэлектрик 10 - А/см2, суждение о зарядовой стабильности контролируемой CTpykTypw по виду вольт-амперной характеристики.

(Л

С

VJ

СЛ СЛ

00

Однако по причине того, что напряжение пробоя зависит от толщины диэлектрической пленки при токах А, коронный разряд оказывает частичное разрушающее воздействие на диэлектрическое покрытие большинства современных микросхем, В результате этого контролируемые микросхемы становятся менее надежными в эксплуатации.

Целью изобретения является обеспечение неразрушающего контроля зарядовой стабильности структур диэлектрик-полупроводник с приповерхностным p-rmepexo- дом.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля зарядовой стабильности структур диэлектрик-полупроводник с приповерхностным p-n-лереходом, включающем подачу на p-n-переход напряжения смещения, не превышающего напряжение пробоя, воздействие коронными разрядом, полярность которого соответствует инверсии приповерхностной области p-rmepexo- да, изменяют величину потенциала коронного разряда м одновременно измеряют электрический ток, протекающий через p-n-переход, причем потенциал коронирую- щего разряда увеличивают до тех пор, пока ток начинает немонотонно увеличиваться, а о зарядовой стабильности судят по величине потенциала, соответствующего точке перегиба.

На фиг.1 показаны зависимости обратного тока 1 через выбранный p-n-переход от величины приложенного к коронирующему электроду потенциала р. Дефективной структуре соответствует кривая А, бездефектной - кривая В. Величина потенциала, соответствующего точкам перегиба кривых, обозначена рэп.

На фиг.2 приведена схема реализации способа, где введены следующие обозначения: I - коронирующий электрод; 2 - генератор постоянного высокого напряжения; 3 - зонды; 4 - измеритель электрических параметров; 5 - диэлектрик; б - полупроводник.

Основной причиной зарядовой нестабильности структур диэлектрик-полупроводник являются заряды на поверхности раздела, заряды з приповерхностной области диэлектрика, заряды в объеме диэлектрика и на его поверхности. Их появление обусловлено различными причинами. В частности, заряд на поверхности раздела является следствием обрыва связей кристаллической решетки полупроводника. Заряд в приповерхностной области диэлектрика обусловлен наличием в ней свободных атомоа полупроводника Основными

источниками заряда в объеме диэлектрика являются ионы водорода, металлов и высокоподвижный ионы натрия. Заряд на поверхности диэлектрика является следствием ее

загрязнения. Все рассмотренные выше виды зарядов, взаимодействуя с зарядами ак- тивных областей полупроводника, искажают конфигурацию р-n переходов, В процессе эксплуатации прибора под дейст0 вием межэлектродных напряжений происходит разделение заряда диэлектрика, что приводит к образованию приповерхностных инверсных слоев, замыкающих p-n-переход, значительному возрастанию

5 обратных токов перехода. Следствием этого

является преждевременный отказ прибора.

Электрическое поле коронирующего

электрода 1 (фиг.2) производит разделение

заряда, аналогичное тому, что происходит в

0 достаточно длительном процессе эксплуатации. Потенциал электрода выбирается такой полярности, чтобы в приповерхностной области p-n-перехода возникал инверсный слой. Величина потенциала, необходимая

5 для возникновения инверсионного слоя, тем больше, чем меньше величина заряда структуры диэлектрик-полупроводник, что иллюстрирует фиг. 1. О появлении инверсного слоя судят по возрастанию обратного то0 ка p-n-перехода, который регистрируется измерителем 4 посредством зонда 3.

Таким образом, потенциал коронирующего электрода 1 увеличивают регулировкой генератора 2 до величины, при которой

5 обратный ток р-n перехода немонотонно увеличивается, что соответствует точке перегиба на графике зависимости I (р. По величине потенциала (уЪп) точки перегиба судят о зарядовой стабильности структуры

0 диэлектрик-полупроводник.

I ри увеличении потенциала на злектро- де 1 измерителем 4 постоянно осуществляется измерение плотности тока коронирующего разряда через диэлектрик.

5 Величина плотности тока не должна превышать предельно допустимой величины. Для микросхем серии 1533 она составляет А /см2. Если при увеличении потенциала на коронирующем электроде плотность тока

0 через диэлектрик достигнет предельно допустимой величины, а изменение тока через р-п переход не произойдет, это означает, что исследуемая структура является бездефектной. Вышеизложенные операции спо5 соба реализуются на типичных измерительных системах и установках контроля зарядовой стабильности.

Испытание микросхем серии 1533 показали, что в зависимости от качества структу-з

ры при расположении коронирующего электрода 1 на расстоянии 12 мм от диэлектрика (окисла) 5 fan лежит в пределах 1750-2300 В. На основании ресурсных испытаний установлено, что при значениях рэп 2030 В структуры диэлектрик-полупроводник можно считать годной. У таких микросхем в процессе испытаний не возникает отказов, связанных с замыканием р-гьперехода инверсных слоев. Неразрушающий характер контроля структур диэлектрик-полупроводник обеспечивает их сохранность в процессе измерений. В результате этого открывается возможность сплошного контроля изделий. Экономический эффект достигается за счет проведения разбраковки микросхем по качестве структур диэлектрик-полупроводник и, как следствие, повышения качества выпускаемых изделий.

Ф ормула изобретения Способ контроля зарядовой стабильности структур диэлектрик-полупроводник с

приповерхностным p-n-переходом, включающий подачу на приповерхностный р-п-пе- реход напряжения обратного смещения, не превышающего предельно допустимого

значения, измерение значения величины тока, протекающего через выбранный р-п- переход, воздействие на структуру электрическим полем коронного разряда, полярность которого соответствует инверсии приповерхностной области р-п-перехо- дз, отличающийся тем, что, с целью обеспечения неразрушающего контроля, увеличивают плотность за ряда на поверхности диэлектрика путем повышения потенциала коронирующего электрода, одновременно измеряя электрический ток, протекающий через p-n-переход, а о зарядовой стабильности структуры судят по величине потенциала коронирующсго электрода, соответствующего скачку тока, протекающего через р-п- пареход.

Сущность изобретения: подают на р-п- переход напряжение обратного смещения. Измеряют величину тока через р-п-пере- ход. Воздействуют на структуру коронным разрядом со ступенчато увеличивающимся потенциалом. О зарядовой стабильности судят по величине потенциала коронного разряда, соответствующей скачку тока через р-п-переход. 2 ил.

Ъщ

fW

тЪ.

Vur. 1.

Фиг. Ј.