Устройство для регистрации вольтфарадных характеристик Советский патент 1979 года по МПК G01R31/26 H01L21/66 

t

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для проведения контроля качества полупроводниковых структур, например. ВДП-структур, в процессе производства.

Известны устройства для измерения и регистрации вольт-фарадных характеристик. Они основаны на использовании как импульсных, так и высокочастотных гармонических сигналов,

Одно из известных устройств, основанное на использовании импульсного метода измерения емкостей ЩЩ-структур,содержит генератор,счетчик,блок управления измерениями и телетайп .с перфоратором l .

Исследуемая структура включается в контур генератора и при поступления последовательности импульсов напрях.--ния на нее от блока управления измерениями происходит изменение частоты генератора, которая измеряется с помощью счетчика. После обработки показаний счетчика в блоке управления измерениями производится регистрация значений емкости с помощью телетайпа и перфоратора. Устройство отличается сложностью построения узлов и невысокой точностью.

Второе из лзвестных устройств для измерения и регистрации вольт-фарадных характеристик содержит генератор высокой частоты (генератор гармонического сигнала) , генератор пилообразного напряжения, фазовращатель, формирователь прямоугольного опорного на-, пряжения, усилитель, фазочувствитель° ный детектор и двухкоординатный самописец 2 .

На исследуемую МДП-структуру одно временно подаются сигналы с высокочастотного генератора и с генератора пилообразного -напряжения. Комплексный ток, протекающий через структуру, зависит от ее емкости и проводимости, которые изменяются под действием пилообразного напряжения. Сигнал, пропорциональный комплексному току, после усиления поступает на первый вход фазочувствительного детектора. На второй его вход подается прямоугольное опорное напряжение, сформированно Из сигнала фазовращателя. С помощью переключателя с фазовращателя можно получить сигнал с фазовым сдвигом О или 90 относительно сигнала высокочастотного генератора. Благодаря этому на выходе фазочувствительного детектора происходит квадратурное разделение сигналов, пропорциональных емкости или проводимости структуры н зависящих от пилообразного напряжени которые регистрируются самописцем. Это устройство обладает более широки ми функциональными возможностями, од нако имеет невысокую точность измере ния параметров низкодобротных структур из-за влияния пилообразного напряжения смещения на работу усилител Наиболее близким техническим решением к .данному изобретению является устройство, которое содержит генератор синусоидального напряжения, источник смещения, усилитель, ко входу которого подключен образцовый резистор, а выход через выпрямитель соединен с вертикальным входом самописца, горизонтальный вход которого подключен к источнику смещения. Объект изме рения и образцовое сопротивление обра зуют емкостно-омический делитель для синусоидального напряжения з. Недостатком известного устройства регистрации вольт-фарадных характерис тик является низкая точность измерения емкости МДП-структур с невысокой добротностью из-за влияния активной составляющей проводимости утечки стру туры на результаты измерений. Кроме того, на результатах измерений, особенно на невысоких частотах синусоидального напряжения сказьгаается влияние пилообразного напряжения источника смещения на работу усилителя. Целью изобретения является повышение точности. Поставленная цель достигается тем что устройство снабжено инвертором, регулируемым сопротивлением, вторым усилителем, сумматором, фильтром нижних частот, управляемым делителем напряжения и тремя образцовыми конденса торами, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен с пер вьоми входами управляемого делителя на пря жения, индикатора синфазности и .сумматора, выход источника смещения соединен со вторым входом сумматора, а также через инвертор и регулируемое сопротивление - со входом второго усилителя, к которому через объект измерения подключен выход сумматора, при этом выход первого усилителя соединен со вторым входом индикатора син фазности, выход которого подключен ко второму входу управляемого делителя напряжения, выход управляемого .делите ля напряжения соединен с упомянутым образцовым резистором, первый и второй образцовые конденсаторы включены соответственно в целях обратной связи первого и второго усилителей, а выход второго усилителя одновременно соединен через третий образцовый конденсатор . со входом первого усилителя и через фильтр нижних частот - с управляющим входом регулируемого сопротивления . 084 На чертеже представлена функциональная схема устройства, выполненная согласно данному изобретению. Устройство содержит генератор синусоидального напряжения 1, объект измерения 2, источник смещения 3, управляемый делитель напряжения 4, образцовое сопротивление 5 (о усилитель 6, выпрямитель 7, самописец 8, индикатор синфазное 9, инвертор 10, второй усилитель 11, образцовые конденсаторы 12 (С ) , 13 (Cj), 14 (C,j), суг/1матор 15, фильтр нижних частот16,, регулируемое сопротивление 17. Эквивалентная схема объекта измерения 2 представляет собой параллельно соединенные емкость контура (С ) 18, и проводимость утечки 19 (1/Rx ) Устройство работает следующим образом. К объекту измерения 2 прикладывается через сумматор 15 сумма линейно изменяющегося напряжения смещения от источника 3 и синусоидального напря«сения требуемой частоты от генератора 1. Для исключения влияния напряжения смещения на режим усилителя 11 по постоянному току в схему включены фильтр нижних частот 16 ,ре1улируемое сопротивление 17 и инвертор 10.На сопротивления 17 подается инвертированное напряжение смещения.Поступающая с фильтра 16 постоянная составляющая выходного напряжения усилителя 11 регулирует величину сопротивления 17 так, чтобы постоянное напряжение на выходе усилителя 11, а, следовательно, и на его входе поддерживалось равныти нулю. С выхода усилителя 11 сигнал, пропорциональный комплексной проводимости объекта измерения, поступает через образцовый конденсатор 13 на вход усилителя 6. Для исключения на выходе усилителя б составляющей сигнала, пропорциональной проводимости утечки 19(l/Rx) объекта измерения, усилитель 6 охвачен цепью обратной связи, состоящей из образцового конденсатора 12, образцового сопротивления 5, индикатора синфазности 9 и управляемого делителя напряжения 4. Индикатор синфазности 9 сравнивает фазы напряжений генератора 1 и выходного с усилителя б и регулирует коэффициент передачи управляемого делителя напряжения 4 до достижения равенства фаз, что соответствует условию равенства нулю составляющей сигнала, зависящей от проводимости утечки объекта измерения, на выходе усилителя 6. Напряжение с выхода усилителя б, пропорциональное емкости 18 ( GX ) объекта измерения, детектируется выпрямителем 7 и подается на вертикальный вход самописца 8, на горизонтальный вход которого подается напряжение смещения от источника 3. Напряжение на выходе управляемого делителя напряжения 4 при этом пропорционально проводимости утечки 19 (1/Ry; ) объекта измерешя. .Испытания данного устройства показали, что в нем погрешность измерения емкости уменьшена в 3 раза, т.е. оно обеспечивает повышение точности измере ния. Кроме того, существенно расширен диапазон измеряемых емкостей, что позволяет использовать устройство для контроля МДП - структур- различных площадей . Формула изобретения Устройство для регистр.лции вольтфарадных характеристик, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник смещения, усилитель, ко входу которого подключен образцовый резистор а выход через выпрямитель соединен с вepтикaльны 1 входом самописца, горизонтальный вход которого подключен к источнику смещения, отличающееся тем, что, с целью повьш ения точности, оно снабжено инвертором, регулируемЕлм сопротивлением, вторым усилителем, cyNUviaTopoM, фильтром нижних частот, управляемым делителем напряжения и тремя образцовыгли конденсаторами, причем выход генератора синусои дального напряжения соединен с первым входами управляемого делителя напряжения, индикатора синфазности и сумматора, выход источника смещения соединен со вторым входом сумматора, а также через инвертор и регулируемое сопротивление - со входом второго усилителя, к которому через объект измерения подключен выход сумматора, при этом выход первого усилителя соединен со вторым вход-:ом индикатора синфаэности, выход которого подключен ко второму входу управляемого делителя напряжения, выход управляемого делителя напряжения соединен с упомянутым образUOBbnvi резистором, первы и второй образцовые конденсаторы включены соответственно в цепях обратной связи первого и второго усилителей, а выход второго усилителя одновременно соединен через третий образцовый .конденсатор со входом первого усилителя и через фильтр нижних частот - с управляющим входом регулируемого сопротивления . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Новый импульсный метод измерения емкостей МОП - структур в зависи Примости от напряжения и времени, ,1976, боры для научных исследований т.47, №3, с.69-73. 2. Попов В. И., Лактюшкин О,Н.Установка для исследования плотности поверхностных состояний МДП - структур, Физика полупроводников и микроэлектроника (Межвузовский сборник) Вып . 2, Рязань , 1976, с.110 114. 3. Концевой Ю,А., Кудин В.Д,Методы контроля технологии производства полупроводниковых.приборов , М., Энергия, 1973, с.48.