Тестовая МДП структура Советский патент 1986 года по МПК H01L29/76 

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано в технологическом цикле изготовления интегральных схем (ИС) в качестве тестовой структуры для контроля полного заряда в диэлектрике, а также для оцен ки его стабильности, центра тяжести полного заряда и величин зарядов, ло кализованных вблизи обеих границ раздела диэлектрика. Как известно, в диэлектрике,расположенном на поверхности полупроводника, существует встроенный заряд величина, локализация в слое диэлект рика и полярность которого зависит от материала полупроводниковой подложки и слоя диэлектрика, а также от условий их обработки и способа формирования слоя диэлектрика. В случае наиболее распространенных в настоящее время систем Si-SiO этот заряд, как правило, имеет поло жительную полярность. Встроенный за ряд оказывает принципиальное влияни на электрические характеристики эле ментов ИС. Подвижные заряды, наибол часто локализованные вблизи границы разделадиэлектрик - металл, являют ся одной из причин нестабильности электрических характеристик полупро водниковых приборов и ИС на их основе. Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является МДП-структура, включающая высокопроводярщй управляющий электрод, сло диэлектрика и полупроводниковый, крис талл. Недостатком данной МДП-структуры является то, что она не позволяет определить полный заряд в диэлектрике и заряд, локализованный вблизи внешней границы раздела диэлектрика миграция которого под воздействием внешнего электрического поля в большинстве случаев определяет стабильность МДП-структур и тех полупроводниковых изделий, в состав которых она входит. I Цель изобретения - определение полного заряда в слое диэлектрика. Цель достигается тем, что МДПструктура, включающая высокопроводя щий управляющий электрод, слой диэлектрика и полупроводниковый кристалл, содержит между слоем диэлект8 ,2 рика и управляющим электродом слаболегированный слой полупроводника с концентрацией примеси V 5 -10 см и толщиной d удовлетворяющей соотношению: d (1 - 10) ig где л дебаевская длина в слаболегированном слое полупроводника. Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображены экспериментальные вольтфарадные характеристики МДП-структуры известной конструкции (кривая 1) и предлагаемой конструкции (кривая 2 соответствует введению прослойки слаболегированного поликристаллического кремния р-птипа, а кривая 3 - п-типа). Введение слоя слабо легированного полупроводника приводит к изменению вида вольтфарадных характеристик МДП-структуры и позволяет из анализа та;шх видоизмененных фольтфарадных характеристик определить полный заряд в диэлектрике и заряды вблизи границ раздела диэлектрика. Изображенные -на чертеже вольтфарадные характеристики нормированы к емкости окисного слоя (диэлектрика) С. Полный заряд QQ в диэлектрике (VfB- VPB). Q. -Со Заряд в диэлектрике вблизи границы полупроводниковый кристалл-диэлектрикQ. -с„- V - потенциал плоских зон полупроводникового кристалла. Заряд вблизи внешней границы диэлектрика кристалла .Q, Co-v - потенциал плоских зон введенного полупроводникового слоя. Появление дополнительного участка нелинейного изменения емкости МДПструктуры определяется емкостью приповерхностного слоя пространственного заряда введенного полупроводникового слоя. Толщина этой области равна дебаевской длине экранирования и именно с этим обстоятельством связано ограничение на минимальную толщину введенного полупроводникового слоя. Максимальная толщина введенного полупроводникового слоя не должна превьш1ать 5-10 дебаевских длин. В случае более толстых полупроводниковых слоев возможно нежелательное увеличение сопротивления МДП-структуры по переменному сигналу. . Пример выполнения. Для изготовления тестовой ЬЩП-структуры использовались системы типа Si-SiOj, полученные термическим окислением монокристаллического электронного кремни КЭФ-5 с ориентацией поверхности и кристаллографической плоскости (III) в атмосфере сухого кислорода с добавлением газообразного НС1. Толщина окисла - 2000 А. После окисления на часть образцов был нанесён газофазным методом (800С, SiH, ВВг,, Н,) слой (-0,5 мкм высоколегированного (5ЧО см ) бором поликристаллического кремния p -Sipy (контрольные образцы). У. другой части образцов перед осаждением р-Sifl проводилось в том же реакторе осаждение поликристалличес- кого кремния Si | без специального легирования НВг,. Содержание бора в этом слое толщиной 1-1,2 мкм- 5 кЮ см . После этого осуществляет ся процесс осаждения слоя высоколегированного поликристаллического кремния, такого же как и у контрольных образцов. В целях более четкой проверки возможностей предлагаемой МДП-структуры типа Si-SiO -p-Sin,K -p-Si /y части образцов Б окисел подзатворной композиции был введен дополнительный заряд посредством продольного дрейфа из периферийных областей, в которых высокая плотность заряда в диэлектрике достигалась напылением слоя алюминия А1 терморезистивным метоДом, его вжиганием и последующим стравливанием. Из данных приведенных в таблице, видно, что использование предлагаемой конструкции МДП-структуры позволило определить полный заряд в окисле (диэлектрике), Q заряда вблизи границ раздела QQ и Q, и центр тяжести заряда (д, что позволяет оценить электростабильность этих зарядов и в конечном результате повысить процент выхода годных, стабильность и надежность полупроводниковых при боров.

ТЕСТОВАЯ ОДП-СТРУКТУРА, включающая, высокопроводящий управляfl ющий электрод, слой диэлектрика и полупроводниковый кристалл, отличающаяся тем, что, с целью определения полного заряда в слое диэлектрика, мазкду слоем диэлектрика и управляющим электродом структура содержит слаболегированный слой полупроводника с концентрацией примеси 5- 10 и толщиной d, удовлетворяющей соотношению: d