Изобретение относится к измерительной технике и может найти-широкое применение при определении лот кальных электрических параметров высокоомных полупроводниковых и диэлектрических слоистых структур, в микроэлектронике, электрографии, химической промышленности, проведении научных исследований.
Известен способ определения локальной диэлектрической проницаемости слоистых структур, основанный на возбуждении в исследуемой области пленки электрического поля и измерении его вариаций с помощью измерительного электрода и электрода расположенного под исследуемой пленкой, обусловленных диэлектрической проницаемостью fl
Однако в этом способе при-проведении бесконтактных измерений локальность области зависит не только от размеров электродов, но и от величины зазора между исследуемой поверхностью и электродом. При увеличений зазора локальность измерений ухудаается и за счет этого снижается точность. Чувствительность способа к вариациям диэлектрической проницаемости при Неизменном напряжеНИИ между электродами с увеличением зазора ухудшается и это также при-, водит к снижению точности. При уменьшении зазора локальность области измерений увеличивается, но необходимость- сканирования исследуемого слоя требует прецизионного сохранения зазора, так как его малейшие случайныне изменения, обусловленные, на-/
10 пример, несоверненством применяемой сканирующей системы, приводят к снижению точности и тем в большей степени, чем ближе от пленки проводятся измерения.
15
Кроме того, наличие экранов у индикаторных электродов увеличивает общую емкость системы и соответственно приводит к снижению предельной чувствительности в целом при ин20дикации напряжения. Исключение экранов ухудшает локализацию области измерений.
Такие противоречивые требования при реализсщии данного способа не
25 могут быть удовлетворены, что и предопределяет его ограничения по степени локализации и чувствительности алстродействию и простоте измерений, а это в конечном итоге не позволяет
30 получить высокую точность определенич диэлектрической проницаемости полупроводниковых и диэлектрических слоев. Цель изобретения - повышение локальности при определении диэлектри ческой проницаемости полупроводнико вых и дщэлектрических пленок, Цель достигается тем, что соглас .но способу определения диэлектричес кой проницаемости полупроводниковых и диэлектрических пленок в локально Области, заключающемуся в возбужден в исследуемой области пленки электр ческого поля и измерении его вариации с помощью измерительного эле трода и электрода, расположенного под иссзледуемой пленкой, на поверхность диэлектрической пленки, обращенную к измерительному электроду, наносят электростатический заряд в локальной области, измеряют индуцируемые на измерительном электроде заряды при двух его положениях относительно диэлектрической пленки, диэлектрическую проницаемость опред ляют по Формуле с H( q) где Н - толщина пленки; h , hj - расстояния от пленки до измерительного элек рода ; q , q - заряды,соответственно, при расстояниях h. и h. Способ осуществляется следующим образом. На исследуемую область диэлектри ческого слоя наносят в поле коронно го разряда электростатический заряд Исследуемый диэлектрик перемещается таким образом, чтобы заряженная область находилась между измерительными электродами. Далее измеряют ин дуцируемые заряда на одном из измерительных электродов при двух расстояниях его от заряженной поверхности слоя. Эти расстояния измеряются, а диэлектрическая проницаемость слоя определяется по приведенной выще формуле, В случае фоточувствительного полупроводникового слоя его поверхнос сначала электризуется полностью, а затем заряд нейтрализуется электромагнитным излучением везде, кроме тех локальных областей, где необходимо измерить .диэлектрическую про ницаемость. На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для ocymecTiaления способа; на фиг,2,3 и 4,5 системы электродов и слоя соответст венно для локализации и сравнения чувствительности предлагаемого способа с известным. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит высоковольтный блок 1 питания с коронирующим электродом 2 и измерительный электрод 3, подключенный к входу индикатора 4, а механически соединенный с блоком 5 перемещения. Оба электрода расположены над исследуемой пленкой б на подложке 7, Устройство работает следующим образом. В исследуемой области пленки известной толщины наносится локальный заряд qj с помощью коронирующего электрода 2 и блока 1. Заряженная область транспортируется под измерительным электродом 3, размеры которого больше расстояния до заземленной подложки 7, так, что справедливо приближение плоскопараллельного слоя. Далее измеряются индуцированные на электроде 3 заряды при расстояниях от него до поверхности пленки h, и h-j соответственно и вычисляется значение диэлектрической проницаемости в области, расположенной между локализованным зарядом и подложкой . В общем случае заряд, индуцирован-, ный на измерительном электроде, определяется соотнсмиением q I ( )(,)/5- as, где S - площадь поверхности слоя, на которойЛокализован заряд с плотностью (У(), - потенциал поля, зависящего от координат и диэлектрической проницаемости пленок, которое возникает на ее поверхности в отсутствие заряда при единичном потенциале на измерительном электроде. .потенцисша У известно и в области локализации заряда счиг тается постоянным, поэтому (e)i(5(s)ds f (g)Q(s) . Наиболее простое аналитическое выражение f ( ) имеет место в случае плоско-параллельных индикаторных электродов, расположенных по обе стороны от пленки i. / ел Н i - 5Tth где Н - толщина пленки; 6 - диэлектрическая проницаемость в области расположения заряда h - расстояние от заряженной поверхности до измерительного электрода, расположенного со сторсЛ1ы заряженной поверхности. Диэлектрическая проницаемость определяется по формуле, полученной на основании предыдущих HC|(y(s) Для исключения необходимости энаНИН абсолютной величины нанесенного локализованного заряда измерени проводят при двух значениях рассто ния h и hj от поверхности пленки известной толшины Н. При этом спра ведливо следующее выражение, позво ляющее в случае любой электродной Системы найти значение локальной диэлектрической проницаемости слоя ) JKsi cis )p,jCSife 3s s f const и 4j.const на s или при 31 ) Чг Txtt) ЕСЛИ, например, исследуемая пленка расположена на металлической зазем ленной подложке, а измерительный электрод плоскопараллелен слою, пр чем линейные размеры электрода та вы, что поле в локальной области расположения заряда однородно, по тенциал при двух значениях рассто ний h и от электрода до заряж соответственно р ной поверхности вен Поскольку 31 - H+ehg С , HAq - ,L где дд Ч - Ч. Это же соотношение получается, если ввести понятие емкостей между заряженной поверхностью, верхним и нижним электродами соответственно С и С|, Тогда при двух положени верхнего электрода будут иметь место емкости C|j и С..., а индуци рованный на измерительйом электро заряд равен q Cii , „ - Ciiri.gs С.г Из отношения ад. ChH (си+с,,) ч S.) предполагая линейные размеры заря женной области значительно больше толщины слоя Н и расстояния до измерительного электрода h так, что С, S С ff S Сд. -Н Н HI h Vii, h-t получаем указанную формулу для вычисленияа Н(. - д. ) , - haq. Поскольку в предлагаемом способе локализация области измерений определяется лишь размерами зарядового пятна на поверхности и не зависит от расстояния измерительного электрода, до пленки, измерения можно проводить на любом расстоянии, а за счет улучшения локализации области измерений и исключения влияния несовершенства сканирующих систем повышается точность определения локальной диэлектрической проницаемости. Кроме того, чувствительность предлагаемого способа к вариациям диэлектрической проницаемости слоя возрастает с увеличением расстояния между индикаторным электродом и поверхностью пленки, что также способствует повышению точности измерений за счет уменьшения влияния этого расстояния на процесс измерений Предлагаемый способ обеспечивает высокую степень локализации измерений, которая определяется лишь площадью заряженной поверхности и толщиной пленки. Отсутствие зависимости локальности .измерений от конструкции индикаторных электродов, применяемых в устройствах, реализующих способ, позволяет улучшить в несколько раз локальность исследуемой области пленки при увеличении чувствительности и упрощении процесса измереНИИ и за счет, этого повысить точность бесконтактного определения диэлектрической проницаемости слоев в локальной области. Формула изобретения Способ определения диэлектрической проницаемости полупроводниковых и диэлектрических пленок в , локальной области, заключающийся в возбуждении в исследуемой области пленки электрического поля и измерении его вйриации с помощью измерительного электрода и электрода, расположенного под исследуемой пленкой, отличающийся тем, что с целью повышения локальности, на поверхность диэлектрической пленки, обращенную к измерительному .электроду, наносят электростатический заряд в локальной области, измеряют индуцируемые на измерительном электроде заряды при двух его положениях относительно диэлектрической пленки, а диэлектрическую проницаемость определяют по формулес - H(qa-qi) „ h,q,-h, где Н - толщина пленки; h, , h-i - расстояния от пленки до измерительного эле трода; q , ,. q - заряды соответственно при расстояниях h и h 2.
фуг.
Ф1/г.2 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Грииенко В.Л. и др. Применение емкостных зондов для определения локальных неоднородностей пленочных структур - Сб. Рост и легиров ние полупроводниковых кристаллов и пленок. Новосибирск, СО Наука, 1977, с. 310-315 (прототип) . / I,. a J1||
