Способ определения поверхностной подвижности носителей тока в полупроводниках Советский патент 1992 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к интегральной технологии, в частности к проблемам конструирования компонентов МДП БИС, к задачам идентификации параметров приборов.

Известен способ определения подвижности электронов и дырок в полупроводниках, основанный на измерении времени перемещения неосновных носителей в полупроводниковом тонком стержне - образце под действием электрического поля, направленного вдоль оси образца. Однако этот способ не позволяет измерять поверхностную подвижность.

Наиболее близким к изобретению является способ определения поверхностной подвижности, включающий измерение проходной характеристики МДП-транзистора, расчет малосигнальной проводимости канала, порогового напряжения, измерение удельной емкости затворного окисла, расчет подвижности.

Данный способ является многоступенчатым процессом и требует по крайней мере четырех измерений двух отдельных тестовых структур; погрешность расчет определяется суммой погрешностей определения проводимости канала, удельной емкости подзатворного окисла.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем. что в способе определения поверхностной подвижности носителей тока в полупроводниках, включающем измерение параметров тестовой структуры, содержащей МДП- транзистор и МДП-конденсатор, . расчет поверхностей подвижности, затвор МДП- конденсатора подключают к стоку МДП- транзистора, диффузионную область МДП-конденсаюра подкпючают к точке с нулевым потенциалом, подают от f.iyx синхронизированных генераторов имтульсы. например, прямоугольной формы ни атвор

(Л

С

vi vj

о о ел

и исток МДП-транзистора. при этом нижний уровень напряжения на затворе и верхний уровень напряжения на истоке устанавливают в диапазоне от Unop+ 0,1В до Unop+1,0 В, верхний уровень напряжения на затворе устанавливают соответствующим ненасыщенному режиму МДП-транзистора. нижний уровень напряжения на истоке устанавливают равным нулю, причем длительность импульсов выбирают в диапазоне (7-10) Гаар, а длительность паузы между импульсами выбирают в диапазоне (1-10) траэр, измеряют релаксационную временную зависимость напряжения на затворе МДП-конденстора, по которой определяют скорость его разряда, и рассчитывают поверхностную подвижность носителей тока по формуле

2(Wc/WT).UU .у

(Ез - Unop)2

где WT, LT, WK, U - ширина и длина канала МДП-транзистора и МДП-конденсатора соответственно; Ез - нижний уровень напряжения на затворе; Unop - пороговое напряжение; V - скорость разряда МДП- конденсатора.

На фиг. 1 показана схема включения МДП-конденсатора и МДП-транзистора; на фиг. 2 - временные диаграммы,

Затвор МДП-конденсатора подключен к стоку МДП-транзистора; диффузионная область, служащая второй обкладкой МДП- конденсатора, подключена к точке с нулевым потенциалом. На затвор и исток МДП-транзистора подают импульсное напряжение от двух синхронизированных генераторов. В промежутке между импульсами на затворе МДП-транзистора действует напряжение Е3.

С момента времени ti на обоих входах Ф1 и Ф2 действуют импульсы напряжения и МДП-конденсатор заряжается до напряжения Еф1, если Еф2 Еф1+иПор (обеспечивается работа МДП-транзистора в режиме насыщения). В момент импульсы исчезают, на затворе МДП-транзистора действует напряжение Е3 и МДП-конденсоюр разряжается током 1 К(ЕЭ - Unop) МДП- транзистора, находящегося в насыщенном режиме, пока напряжение ивых на МДП-кон- денсаторе удовлетворяет условию

UBHX .

Так как

d Цвых , //-.

.- I/ U ,

d t

то скорость разряда конденсатора емкостью С

dUsbm „ (Ез - Unop)2

I ГЧ .

dtС

Удельная крутизна МДП-транзистора с шириной и длиной канала соответственно

WT, Ц

10

15

Wl 2 LT

а емкость МДП-конденсатора с удельной емкостью Со и площадь

OCoWkU.

Следовательно, скорость разряда МДП- . конденсатора

d Цвых

W20

V- dfi 2WKLKLT()2

откуда

25

2 (Wc/Wt) LK LT v

(Ез - Unop)

Из полученного выражения для л видно, что имеет место линейная зависимость между скоростью разряда конденсатора и подвижностью носителей тока в канале МДП-транзистора.

Длительность импульса должна быть достаточной для заряда МДП-конденсатора емкостью С через МДГЬтранзистор с удель- ной крутизной К:

tn(7 -10)Тзар.

где

1эар

К (Еф2 - Unop)

Длительность паузы определяе- ся про- 45 должительностью насыщенного режима:

tn (1 -10)тразр С

где

Траэр

к (ЕЗ - Unop)

Пример реализации способа определения подвижности с использованием тестовой структуры, содержащей МДП-транзистор и МДП-конденсатор с параметрами WT LT Wk U 40мкм, пФ,

В.

В тестовой структуре затвор МДП-конденсатора подключают к стоку МДП-транзистора, диффузионную область МДП-кон- денсатора - к общей точке, затвор и исток МДП-транзистора - к синхронизированным генераторам импульсов.

Задают нижний уровень импульсного напряжения на затворе МДП-транзистора ,5 В. Тем самым выполняется условие E3 Unop+(0,1...1)B.

Выбирают ,5 В, при этом МДП- транзистор будет разряжаться постоянным током в достаточном для измерения диапазоне Еф1 -(Е3 - Unop)U,,0 В.

Задают верхний уровень импульсного напряжения на затворе МДП-транзистора В, при этом МДП-транзистор работает в ненасыщенном режиме (Ecj 2 E3+Unop).

Определяют длительность импульса tn, достаточную для заряда МДП-конденсатора до напряжения Еф:

tn Ю т.

зарДля С 1 пФ, К 20 мкА/В, В, В расчет дает ,25 мкс.

Определяют длительность паузы tn по формуле

ГразрРасчет дает Тразр 0,1 мкс;

tir 2 Тразр 0.2 МКС.

Измеряют релаксационную временную зависимость напряжения на затворе МДП- конденсатора, по которой определяют скорость его разряда{в данном случае -10 В/с), и рассчитывают поверхностную подвижность носителей тока по формуле

конденсатора, требует одного акта измерения, повышает точность измерения

Технико-экономический эффект предлагаемого способа состоит в том, что оператор

на этапе промежуточного контроля может прогнозировать быстродействие создаваемых БИС.

Формула изобретения Способ определения поверхностной подвижности носителей тока в полупроводниках, включающий измерение параметров тестовой структуры, содержащей МДП- транзистор и МДП-конденсатор, и расчет поверхностной подвижности, отличающ и и с я тем, что, с целью увеличения точности измерения, затвор МДП-конденсатора подключают к стоку МДП-транзистора, диффузионную область МДП-конденсатора подключают к общей точке, подают от двух

синхронных генераторов импульсы прямоугольной формы на затвор и исток МДП- транзистора, при этом нижний уровень напряжения на затворе и верхний уровень напряжения на истоке устанавливают в диапазоне от Unop+0.1 В до Unop+1B, а верхний уровень напряжений на затворе - соответствующим ненасыщенному режиму работы МДП-транзистора, нижний уровень напряжения на истоке устанавливают равным нулю, причем длительность импульсов выбирают в диапазоне (7-10) т3ар, длительность паузы между импульсами выбирают в диапазоне (1-10) гразр, измеряют релаксационную временную зависимость напряжения на затворе МДП-конденсатора, по которой определяют скорость его разряда, и рассчитывают поверхностную подвижность носителей тока по формуле

Сущность изобретения: формируют тестовую структуру из МДП-транзистора и МДП-конденсатора. Подключают затвор МДП-ко1.денсатора к стоку МДП-транзистора. Подключают диффузионную область МДП-конденсатора к общей точке. Подают с двух синхронных генераторов прямоугольные импульсы на затвор и исток МДП-транзистора. Измеряют скорость разряда МДП-конденсэтора. Рассчитывают поверхностную подвижность носителей тока. 2 ил.

2(V Jk/WT)ULT

(Ел - Unop)

2(40- )2

(Т.5-1.0)2 640 см2 В

5 10°

,6

- с-1.

Таким образом, в отличие от прототипа, предлагаемый способ определения подвижности исключает измерение емкости МДП

2(WcWT)ULTv

(Ез - Unop)2

где WT, Ц, Wk, Lk - ширина и длина канала МДП-транзистора и МДП-конденсатора соответственно; Еэ - нижний уровень напряжения на затворе; Unop - пороговое напряжение; v - скорость разряда МДП- конденсатора; Гзар - постоянна я заряда МДП-конденсатора; гра3р - постоянная разряда МДП-конденсатора.

Vfci

iWX

Pt/Јf