Устройство для регистрации вольт-фарадных характеристик Советский патент 1980 года по МПК H01L21/66 

1Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для проведения контроля качества и исследования структур типа металлдиэлектрик-полупроводник (ВДП-структур) в процессе производства интегральных схем на их основе.

По основному авт.св. № 658508 известно устройство для регистрации JQ вольт-фарадных характеристик Lf .

Однако у этого устройства невысокая точность измерения такого важнейшего параметра исследуемой МДП структуры, как емкость полупроводника из-за использования неточной электрической схемы замещения МДП-структуры, состоящей из параллельно соеди ненных эквивалентной емкости структу.ры и сопротивления утечки.2Q

Цель изобретения - повышение точности измерения параметров МДП-структуры.

Это достигается тем, что в устройство дополнительно введены блок уп- 25 равления, первый ключ, второй сумматор, нуль-орган, запоминающее устройство, второй управляющий делитель напряжения, соединенный по первому входу G выходом второго операционногозо

усилителя, по второму входу с выходом запоминающего устройства, а по выходу с первым входом второго сумматора и через первый вход первого ключа с третьим входом Первого сумматора, вторым ключом, соединенным по первому входу с выходом второго сумматора, по второму входу - с пepвы 1 выходом блока управления,по третьему входу - с вторым выходом блока управления, первы1 1 входом запоминающего устройства, вторым входом первого ключа, управляющим входом программируемого источника смещения, а по выходу - с вторым входом запоминающего устройства и через нуль-орган с третьим входом запоминсцощего устройства и третьим входе первого ключа, .второй вход второго сумматора соедине« с выходом первого ключа, второй вход второго сумматора соединен с выходом генератора синусоидальных напряжений .

Благодаря введенным дополнениям такое устройство позволяет раздельно измерять емкости полупроводника и диэлектрика, а также сопротивление утечки.полупроводника, и регистрировать такие важнейшие параметры МДП-структуры, как емкость полупроводника и проводимость утечки в за)исим6сти от приложенного напряжения смещения, так как в нем для пов шения точности измерения использова на уточненная электрическая схема замещения ВДП-структуры, в которой 110 сравнению с ранее использованной схемой эквивалентная емкость структуры заменена последовательно сое.диненными емкостями диэлектрика и полупроводника. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Оно содержит генератор синусоидального напряжения 1, объект измерения 2, программируемый источник смещения 3, управляемый делитель напряжения 4, образцовое сопротивление 5 (RO), первый операционный усилитель 6, выпрямитель 7, самопис 8, индикатор синфазности 9, инверто 10, второй операционный усилитель 1 образцовые конденсаторы 12 (С1), 13 (СЗ), 14 (С2), первый сумматор 1 фильтр нижних частот 16, регулируемое сопротивление 17, блок управления 18, первый ключ 19, второй сумматор 20, нуль-орган 21, запоминающее устройство 22, вторая управляем делитель напряжения 23, второй ключ Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени по команде блока управления 18 размыкаются ключи 19 и 24, сбрасывается в исходное состояние запоминающее уст ройство 22, к контролируемой МДПструктуре 2 прикладывается через сумматор 15 сумма синусоидального напряжения требуемой частоты UQ от генератора 1 и линейно изменяющегос напряжения смещения И от прогрсш:ми руемого источника смещения 3, вводя щего МДП-структуру 2 в режим сильно го обогащения .(положительное для структуры п-типа и отрицательное для структуры р-типа). Напряжение на выходе операционного усилителя 11 равно: 1 ,1 .А - ос/Р„(с;. -напряжение на выходе генератора синусоидально го напряжения 1; емкость диэлектрика} образцовый конденсатор 1 -емкость полупроводника , -сопротивление утечки пол проводника; - оператор выражения. В режиме обогащения емкость, полу проводника настолько , что ем кость НЦП-структурЪ практически рав на емкости диэлектрика. Следователь но, в режиме обогащения Cj, Сд, а апряжение на выходу операционного силителя 11 и,, и,| При этом напряжение U на выходе елителя напряжения 23 равно где К2 коэффициент передачи регулируемого делителя напряжения 23. Череэ время от начала измерения, остаточное для смещения МДП-структуры в режим глубокого обогащения, по команде блока управления 18 замыкается второй ключ 24. Напряжение Уд на выходе второго. сумматора 20, равное Уд 2 о через замкнутый ключ 24 и запоминаюее устройство (ЗУ) 22 подается на регулирующий вход второго регулируемого делителя напряжения 23 и изменяет его коэффициент передачи К.Как С, только К станет равнымК,, -- тнапряжеАние на выходе второго сумматора 20 4 2 О, и по ко.манде нульоргана 21 запоминающее устройство 18 поддерживает коэффициент передачи К, регулируемого делителя напряжения 23 равным - , кроме того, открывается ключ 19, и на третий вход сумматора 15 подается выходное напряжение регулируемого делителя напряжения 23 U Напряжение на выходе сумматора 15 U равно: и UQ + иэ+ и где и, - напряжение на выходе источника смещения 3. Напряжение на выходе второго операционного усилителя 11 равно: u. (Uo.u,).i, где Z - комплексное сопротивление .МДП-структуры 2. После смещения МДП-структуры 2 в интересующую область (вывода МДПструктуры 2 из режима обогащения) напряжение на выходе второго операционного усилителя 11 равно , / рС 2. i-( , РРд Ь.Р„„с„„Р Учитывая, что U К,а , выражение (2) можно переписать: ( Напряжение U на выходе первого операционного усилителя 6 равно: п -U (, c.Cj, с,Р„р|

где Кд| - коэффициент передачи управляемого делителя напряжения 4,

Индикатор синфазности 9 сравнивает фазы напряжений Ug и U и регулирует коэффициент передачи управляемого делителя напряжения 4 до достижения условия равенства мнимой части последнего выражения нулю

При этом

и ..-L. г R.

и и С2 с

Напряжение U, с выхода усилителя 6 выпрямляется и подается на вертикальный вход самописца 8, на горизонтальный вход которого подается напряжение смещения от источника 3. Из выражения (3) видно,что погрешность измерения емкости С;( определяется лишь нестабильностью Vo и образцовых элементов.

Для исключения влияния напряжения смещения на режим операционного усилителя 11 по постоянному току в схему включены фильтр нижних частот 16, регулируемое сопротивление 17 и инвертор 10. На сопротивление 17 подается инвертированное напряжение смещения. Поступающая с фильтра 16 постоянная составляющая выходного напряжения операционного усилителя 11 регулирует величину сопротивления 17 так, чтобы постоянное напряжние на выходе операционного усилителя 11, а следовательно, и на его входе поддерживалось равным нулю.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять параметр МДП-структур по более точной трехэлементной схеме замещения, что исключает методические погрешности измерения С и Rnri также расширя его функциональные возможности.

Погрешности за счет использовани в известном устройстве неполной (двухэлементной) схемы замещения моно оценить следующим образом.

С помощью известного устройства измеряется эквивалентная емкость Сд состоящая из емкости диэлектрика С и емкости полупроводника С„:

Зная значение Сд 1 измеряется в режиме обогащения МДП структуры) и значение Сд, можно, используя выражение (4), рассчитать С в интересующей области.

Таким образом, сравнение данного устройства с известным показало, что точность измерения параметров МДП-структуры значительно выше за счет прямого измерения и регистрации емкости полупроводника без пересчета ее из эквивалентной емкости структуры. Это повышает эффективность использо- вания устройства в производстве.

15

Фор «1ула изобретения

Устройство для регистрации вольтфарадных характеристик по авт.св.

№ 658508, от личающее ся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров МДП-структуры, в него введены блок управления,первый ключ, второй сумматор, нульорган, запоминакадее устройство,второй управляемый делитель напряжения, соединенный по первому входу с выходом второго операционного усилителя, а по второму входу с выходом

запоминающего устройства, а по выходу - с первым входом второго сумматора и через первый вход первого ключа с третьим входом первого сумматора, вторым ключом, соединенным по первому входу с выходом второго сумматора, по второму входу с первым выходом блока управления, по третьему входу - с вторым выходом блока управления, первым входом запоминающего устройства, вторым

входом первого ключа, управлякщим входом программируемого источника смещения, а по выходу - с вторым входом запоминающего устройства и через нуль-орган с третьим входом

запоминакяцего устройства и третьим в содом первого ключа, второй вход второго сумматора соединен с выходом генератора синусоидальных напряжений.

Источники .информации,

принятые во внимание при экспертизе

.1. йвторское свидетельство СССР W 658508, кл. G 01 R 31/26, 1977.