(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ ЗАРЯДА В ПЗС
1
Изобретение относится к электронной промышленности, в частности к производству приборов с зарядовой связью (ПЗС), и наиболее эффективно может быт ь использовано для контроля качества и технологии изготовления полупроводниковых приборов данного класса.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения потерь заряда в ПЗС, включающий введение зарядового пакета под один из фазовых электродов отдельных ячеек многоэлементного прибора и измерение параметра путем последовательной передачи зарядового пакета от элемента к элементу и считывания информации на выходе прибора. .
Наиболее точно потери заряда при переносе заряда в ПЗС-цепочке можно измерить только при большом числе ячеек и введением зарядового пакета в первую и последнюю ячейки прибора. Потери заряда измеряются по занижению амплитуды второй считываемой «единицы по сравнению с амплитудой первой «единицы из-за того, что часть зарядового пакета, введенного в первую ячейку, захватывается при передаче
заряда на выход пустыми ловушками в остальных ячейках ПЗС.
Удельные потери заряда на один перенос определяются по формуле
- AVt2
V-m-K
где AVi2 - разность амплитуд сигналов на выходе ПЗС от первой и второй «единиц в серии;
V - амплитуда сигнала второй «единицы ;
к - число ячеек переноса;
ш - число переносов заряда в ячейке 1.
Недостатком известного способа является то, что.в нем могут быть измерены только усредненные потери для всех ячеек прибора, считая, что потери одинаковы для всех ячеек.
Однако величина потерь связана с концентрацией центров захвата в канале переноса заряда, а так как последняя неоднородна на расстояниях, характерных для размеров ПЗС, то и величина заряда, захватываемого в ячейках ПЗС из передаваемого зарядового пакета, также неоднородна. Степень неоднородности концентрации центров захвата, а следовательно, и потерь вдоль цепочки ПЗС, определяется как технологией изготовления прибора, так и параметрами исходного полупроводникового материала. Кроме того, данные, полученные при изучении параметров микродефектов в кремНИИ, позволяют сделать вывод о том, что концентрация центров захвата в области дефектов кремния может на несколько порядков превышать концентрацию центров захвата в однородной («бездефектной) области кремния, что может приводить к большим локальным потерям при передаче заряда в области микродефектов.
Из сказанного следует, что необходимо измерять локальные потери в ПЗС, чтобы оценивать степень неоднородности потерь вдоль цепочки ПЗС.
Известный способ не позволяет измерять потери в отдельных ячейках ПЗС, а дает лишь суммарную величину потерь во всех ячейках ПЗС или усредненную величину локальных потерь для одной ячейки.
Целью изобретения является обеспечение измерения локальных потерь в любой из ячеек ПЗС.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения потерь заряда в ПЗС, включающему введение зарядового пакета под один из фазовых электродов отдельных ячеек многоэлементного ПЗС и измерение параметра путем последовательной передачи зарядового пакета от элемента к элементу и считывания информации на выходе ПЗС, зарядовые пакеты вводят под одноименные фазовые электроды всех ячеек ПЗС, создают потенциальные ямы под другими одноименными электродами каждой ячейки соответствующим распределением потенциалов под фазовыми электродами и перед считыванием информации многократно передают зарядовые пакеты в противоположных направлениях в пределах каждой ячейки, а также тем, что вводят зарядовые пакеты и создают потенциальные ямы поочередно под каждым из фазовых электродов ячеек путем циклического изменения распределения потенциалов.
На фиг. 1-4 приведены примеры зависимой распределения потенциалов от времени.
Предложенный способ осуществляют следующим образом.
Зарядовые пакеты вводят в каждую ячейку под одноименные электроды, например под первые фазовые электроды. Под другим фазовым электродом каждой ячейки создают потенциальную яму путем создания соответствующего распределения потенциалов под электродами. Затем, изменяя в определенной последовательности напряжения на фазовых электродах всех ячеек, обеспечивают многократную передачу введенных зарядовых пакетов в пределах каждой из ячеек сначала в одном направлении, затем - в другом. При этом в результате каждого акта передачи зарядового пакета изпод одного фазового электрода к другому происходит некоторая потеря заряда. Потери заряда стекают в потенциальную яму, а после каждого цикла передачи зарядового пакета в противоположных направлениях в пределах одной ячейки под первый фазовый электрод возвращается остаток заряда. Если начальная величина введенного зарядового пакета составляла Qo, то в результате многократной передачи этого пакета в пределах одной ячейки она уменьшается до величины QI , а суммарные потери заряда в данной ячейке составят величину Q2, причем QI Тогда относительную величину потерь на один перенос в данной ячейке можно определить по формуле
E Q2/Qt+Q2)n, где п - число циклов передачи зарядового
пакета в пределах одной ячейки. После многократной передачи зарядовых пакетов в противоположных направлениях в пределах каждой ячейки изменяют чередование напряжений на фазовых электродах таким образом, что обеспечивают передачу зарядовых пакетов от элемента к элементу ПЗС, и на выходном устройстве считывают последовательно информацию. В считанной информации чередуются сигналы Ц , амплитуда которых пропорциональна остатку первоначально введенных зарядовых пакетов в каждую ячейку, и U2, амплитуда которых пропорциональна заряду потерь в той же ячейке. По этим сигналам и определяются локальные потери заряда в любой из ячеек ПЗС
E U2/U2-U|/n.
Для поочередного измерения локальных потерь под каждым из фазовых электродов ячеек поочередно вводят зарядовые пакеты и создают потенциальные ямы под каждым из фазовых электродов ячеек, чередуя их путем циклического изменения распределения потенциалов. Каждый раз после этого многократно передают введенные зарядовые пакеты в противоположных направлениях в пределах каждой ячейки, суммируя за много циклов передачи заряды потерь в потенциальных ямах и остатки первоначально введенных зарядов под теми фазовыми электродами, цод которые они были введены. Затем считывают информацию и по сигналам на выходном устройстве определяют локальные потери заряда поочередно для каждого из фазовых электродов любой из ячеек ПЗС.
В качестве примеров осуществления предложенного способа приведены распределения потенциалов на фазовых электродах вдоль цепочки переноса в различные моменты времени и зависимости потенциалов на фазовых электродах от времени для специальной 6-фазной (фиг. 1 и 2) и обычной 4фазной (фиг. 3 и 4) ПЗС-цепочек. На фиг. 1 показана последовательность во времени передачи зарядовых пакетов, разделения и накопления заряда потерь, соответствующих фазовому электроду Ф, на 6-фазной ПЗС цепочке с поверхностным р-каналом в течение одного цикла передачи зарядового пакета. Заштрихованы области потенциальных ям для дырок, где располагается передаваемый зарядовый пакет. Области потенциальных ям, где накапливается заряд потерь, не заштрихованы. Рассмотрим ход потенциала ч (х) и расположение зарядовых пакетов под электродами 6-фазной ПЗС-цепочки на фиг. 1 в раздачные моменты времени ti-t. В момент времени tj зарядовые пакеты Qo, введенные в ПЗС-цепочку, находятся под электродами Ф1 каждой ячейки. Потенциальные ямы под электродами Ф служат для накопления заряда потерь. Моменты времени t2 и tj характеризуют изменение подэлектродных потенциалов при передаче зарядовых пакетов от электродов Oi к электродам Фв через электроды Фб. Момент времени t характеризует процесс эмиссии дырок, захваченных из зарядового пакета (см момент t,) на поверхностные (или приповерхностные) состояния под электродом Фг. Потенциал электродов ФJ должен быть несколько ниже, а потенциал электродов Ф| выше потенциалов остальных электродов, чтобы обеспечить сток эмиттировавших дырок в потенциальную яму под электродом Ф}. Повышение потенциала Ф, и понижение потенциала Ф} практически не влияет на перенос заряда в ПЗС-цепочке. Моменты tj, tg и t. иллюстрируют возвращение зарядовых пакетов Qi (величина Q(Qo-Q2) под электроды Ф( и хранение зарядов потерь Qz под электродами Ф. Ход потенциала и расположение зарядовых пакетов в ПЗС-цепочке в момент t такие же, как и в момент t,, так что момент t характеризует начало следуюшего цикла передачи зарядовых пакетов ,(t(). После каждого цикла передачи зарядовый пакет QJ уменьшается на величину потерь в одном цикле, а заряд потерь Qj увеличивается на величину потерь в одном цикле передачи зарядового пакета. Из фиг 1 видно, что при последовательном считывании заряда из ПЗС-цепочки на выходном устройстве последовательно чередуются сигналы Uj от заряд,овых пакетов потерь Q2 и U от остатков зарядовых пакетов Q , соответствующие разным ячейкам ПЗС-цепочки. Зависимость потенциалов V0,-Vфt на фазовых элекУродах Ф1 -Фе от времени, необходимая для передачи зарядовых пакетов и накопления потерь (как это показано на фиг. 1) показана на фиг. 2. Для первого цикла накопления потерь на фиг. 2 обозначены характерные моменты времени цикла t| -ty, соответствующие моментам t| -t,-, описанным по фиг. 1. Первому циклу на фиг. 2 предшествует режим непрерывного переноса (ввод зарядовых пакетов Qo в ПЗС-цепочку). За последним (п-м) циклом накопления потерь следует режим считывания зарядов потерь р2 и остатков зарлдовых пакетов Q. Режимы переноса и считывания характеризуются фазовым периодом TC. Длительности режимов переноса tn и считывания t определяются из условия tc(tti)KTc, где К - число ячеек 6-фазной ПЗС-цепочки. Время .эмиссии TO выбирается так, чтобы оно соответствовало времени эмиссии в режиме непрерывного переноса заряда в ПЗС на определенной тактовой частоте. Длительность цикла накопления Тн и число циклов накопления п выбираются, соответственно, в зависимости от времени и скорости генерации паразитного (термогенерированного) заряда неосновных носителей. При низких температурах (или достаточно высоких частотах) число п может выбираться очень большим (п 10). Измерение локальных потерь на обычной 4-фазной цепочке иллюстрируется фиг. 3 и фиг. 4 аналогично тому, как это описано для 6-фазной ПЗС-цепочки. Па фиг. 3 показан ход потенциала (х) и расположение зарядовых пакетов под электродами 4-фазной ПЗС-цепочки с поверхностным р-каналом в моменты времени t(-t одного цикла накопления заряда потерь при измерении потерь над электродами Фр Как видно из фиг. 3, для 4-фазной ПЗС-цепочки один зарядовый пакет вводится на две ячейки (ячейки обозначены на фиг. 3 Ф| -Ф и Ф, -Ф, так, что единичной ячейкой при измерении локальных потерь является 8-электродная ячейка Ф|-Ф4) под электроды Ф, а накопление заряда потерь происходит в потенциальной яме под электродом Ф. На фиг. 4 показаны зависимости потенциалов фазовых электродов Уф от времени для осуществления цикла накопления потерь в 4-фазной ПЗС-цепочке, как это показано на фиг. 3. Измерение потерь описано для электродов Ф(, однако, как видно из фиг. 1-4, используя циклическую перестановку электродов Ф, -Фб (или Ф, -Ф4 для 4-фазной ПЗС-цепочки) при подключении фазовых напряжений, можно проводить измерение потерь на любом из фазовых электродов ПЗСцепочки. Измерение локальных потерь можно также осуществить на ПЗС-цепочках со скрытым каналом (как п-канальных, так и р-канальных). Предлагаемый способ измерения потерь позволяет измерять потери при переносе заряда в ПЗС-цепочке в любой ячейке и от юбого электрода каждой ячейки ПЗС и может быть использован для контроля качества ПЗС и технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегра;1ьных схем, а также для оценки качества полупроводниковых материалов и исследования параметров центров захвата в локальных областях полупроводникового материала с повышенной концентрацией центров захвата.
Формула изобретения
u QTQZ
одноименные фазовые электроды всех ячеек ПЗС, создают потенциальные ямы под другими одноименными электродами каждой ячейки соответствующим распределением потенциалов под фазовыми электродами и перед считыванием информации многократно передают зарядовые пакеты в противоположных направлениях в пределах каждой ячейки.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Секен К и Томпсет М. Приборы с переносом заряда. М., «Мир, 1978, с. 110- 121 (прототип).
V/ ti
LJ
Ш 1 Ф Г 0uz.f Ф4г (Ps fPs Фг Рг х /7///; Фз Ф Фг Фг Фз Ф iSf Фг iPj Ф4 Фг Фг
ILJ
глrt
I ф 9 I е
т
Г
ф«
Oi
tf
I
JУ////7///////Л
ф 9
9 Ф| 7/iV
.
г
фуг. J Фз f Фs X
