Способ измерения профиля концентрации примеси в полупроводниках Советский патент 1982 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к способам измерения.физических параметров полупроводников и может найти приме-г нение в области физики твердого тела, физики полупроводников, а также в про1 1ышленности для контроля профиля концентрации примеси в полупровод-t нйковых пластинах, используемых Для изготовления микросхем и полупроводниковых приборов. 1

Известен способ измерения профиля концентраций примеси в поЛупроводпиках, основанный на измерении сопротивления растекания точечного контакта на косом шлифе tl.

Однако этот- способ является разрушающим и не позволяет определить профиль концентрации примеси на небольших участках полупроводникового материала.

Другой известный способ, включаюищи формирование диода Шоттки, изме-; рёние его вольт-фарадной характеристики и расчет по ней профиля концентрацни примеси, позволяет определить профиль в локальной области материала 2 3.

Однако сформировать диод Шоттки, имеюинй малые точки утечки, удается только для некоторых полупроводников , например для арсенида галлия, для остальных, в том числе и для кремния, утечку уменьшают образованием охранного:диффузионного кольца, . разрушением исследуемого образца.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения профиля концентрации примеси в прлупроводниках, включающий операции изготовле10ния МДП-структуры и измерения ее неравновесной вольт-фарадной ха;рактеристики, по. которой определяют профиль концентрации примеси.,

Для компенсирования полупровод15ников этот метод дает профиль суммарной концентрации примеси. Применение этого метода в случае охлаждения контролируемого образца до низких температур позволяет упростить ;

20 измерения за счет увеличения времени релаксации МДП-структуры, однако, при этом будет определяться профиль концентрации примеси, ионизированной при данной температуре 3.

25

Недостатком способа является ограничение, диапазона толщин, в котором измеряется профиль концентрации примеси, вследствие пробоя неравновесной области пространственного 30 заряда в периферийной части. Для исключения этого ограничения МДП-структуру формируют в виде меза струкТуры, что переводит способ в разряд разрушающих методов контроля . Целью изобретения является расши рение функциональных возможностей способа, так как он позволяет измерить профиль концентрации примеси в большем диапазоне толщин полупровод пика. . Поставленная цель достигается |тем, что согласно способу измерения ПРОФИЛЯ концентрации примеси .в полу проводниках, включающем операции изготовления МДП-структуры и измере ния ее неравновеснрй вольт-фарадной характеристики, по которой определя ют профиль концентрации примеси, фо мируют диэлектрик с ловушками и пер измерением неравновесной вольтфарсщной хаоактьоистики производят формовку МДП-структуры путём заселе ния нёравновесныг ш неосновными носителями ловушек в части диэлектрика МДП-структуры, а измерение неравновесной вольт-фарадной характеристик производят после окончания формовки через промежуток времени .3M где ч: - постоянная времени, эмиссии неосновных носителей с лову шек диэлектрика; иам время измерения неравновесной вольт-фараднрй. характеристики. . Предпочтительной операцией засела ния неравновесными неосновными носителями (формовки) является пробой Неравновесной области пространственного заряда подачей на МДП-структуру прямоугольного импулБса напрях ения глубокого обеднения с временем нарастания переднего фронта (ТА ) ф f длительностью (Ти) W где Г - время жизни неосновных носителей в неравновесной области пространственного заряда полупроводника; W - толщина неравновесной област пространственного заряда при пробое; . Vg - скорость насыщения дрейфа носителей;. и амплитудой, устанавливаемой по эта лонному образцу. Отличительныг«ш признаками способа являе- ся то, что импульс формовки подают несколько раз через .интервал времени /;. .ч-т«. . где Tf, - интервал времени между задним фронтом предыдущего и передним фронтом последуюч щего импульса, а количество подач определяют по эталонному образцу, а также то, что диэлектрик с ловушками формируйт образованием двух слоев разных диэлектриков. П р и м е.р. На поверхности исследуемого полупроводника формируют МДП-структуру, состоящую из последовательно, образов.анных двух слоев разных диэлектриков:.Si Од толщиной от 100 до 600 А и .51зМ4 толщиной от 1500 до 3000 А, поверх которых наносят слой алюминия, и проводят по нему фотолитографию с получением круглых алюминиевых электродов диаметром l-MM. На эталонном образ:це, который представляет собой одну из одинаковых МДП-структур, сформированных в едином технологическом процессе, и СЛУЖИТ только для определения по нему экспериментальным путем пара-MeTjpoB импульсов формовки (амплитуды и их количества) , йзмерягэт неравновесную вольт-фараднуп характеристИ- , ку. По ней определяют величину обедняющего, напряжения, соответствуг щего г/1инима{1ьной емкости структуры, постоянную величину эмиссии неосновных носителей с ловушек диэлектрика С, время жизни неосновных носителей в неравновесной области пространственного заряда полупроводника t , толщину неравновесной области пространственного заряда при ее пробое W и. скорость насыщения дрейфа носите-лей Vg . Используя полученные параметры задают ампЛитуду импульса формовки, которая должна быть несколько бо.льше величины обедняющего напряжения, соответствующего г 1инимальной емкости структуры эталонного образца, и достаточной для пробОя неравновесной области пространственного заряда. Пробой всегда происходит не по всей площади диэлектрика под алюминиевым электродом, а в периферийной его части., так как градиент потенциала на краях электрода больше. Кроме того, задают время нарастания переднего фронта импульса формоэки и его длительность и подают импульс форМов-г, ки на структуру. Через промежуток времени, не превышающий 30 мин, что несколько меньше постоянной времени эмиссии неосновных носителей с ловушек диэлектрика, измеряют неравновесную вольтфарадную характеристику, по которой рассчитывшзт профиль концентрации примеси в полупроводнике. В конкретном примере, исследовался полупроводник - кремниевая пластина толщиной 300 мкм, легированная) бором с концентрацией 2 Ю смЧ