Устройство для измерения профиля легирующей примеси в полупроводниковых структурах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК ИВ И 1) ЯО, О 1 В. 31/26 Й БРЕТЕНЬСТВУ ИСАНИЕ А УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР ТОФСНСМУ СЮДЕТ(71) Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском ордена Трудового Красного Знамени государственном университетеим.Н.Г.Чернышевского(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 805781, кл. С 01 Н 31/26, 1980.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРО-.ФИЛЯ ЛЕГИРУЮЩЕЙ ПРИМЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ по авт.свУ 805781, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью увеличения точности и расширения диапазона измерения, в него введен делитель напряжения, верхнее плечо которого соединено с выходом управляемого источника второй гармоники и входом селективного вольтметра второй гармоники,а нижнее плечо - с коммутатором;, Изобретение относится к электронной промышленности, предназначено для измерения профиля распределения легирующей примеси в полупроводниковых структурах с помощью резкого диффузионного р-п-перехода или барьера Шоттки и может быть применено при разработке и производстве полупроводниковых приборов различных типов. По освновному авт.св. Р 805781 известно устройство для измерения профиля легирующей примеси, содержащее источник обратного смешения, управляемый генератор гармонических колебаний, параллельный колебательный контур, настроенный на вторую гармонику колебаний генератора, селективные вольтметры первой и второй гармоник, фильтр первой гармоники, причем испытуемая структура включена между выходом источника обратного смешения и параллельным колебатель. - ным контуром, соединенным через25 фильтр первой гармоники с регулирующим входом управляемого генератора гармонических колебаний, регулируемый выход которого подключен к селективному вольтметру первой гармоники, управляемый источник второй гармоники, коммутатор и фильтр, выделяющий вторую гармонику, причем коммутатор соединен с регулируемым выходом управляемого генератора гар монических колебаний, с выходом источника обратного смешения, селективным вольтметром второй гармоники и выходом управляемого источника второй гармоники, сигнальныйвход которого 40 соединен с нерегулируемым выходом генератора, а регулирующий вход через фильтр, выделяющий вторую гармонику, подключен к колебательному контуру 45 Недостатком этого устройства является снижение точности измерений при исследовании высоколегированных материалов. Связано это с тем, что с уве 50 личением концентрации в обратной пропорции уменьшается амплитуда напряжения второй гармоники, подлежащая измерению. Измерение же малых напряжений имеет определенные трудности,ф55 поскольку из-за наличия тепловых шумов иСследуемой структуры, контура, входных цепей и входных каскадов селективных вольтметров резко снижается точность измерений с уменьшением амплитуды измеряемого напряжения, что в конечном счете в указанном устройстве приводит к снижению точности и ограничению диапазона измерения концентрации примеси.Целью изобретения является увеличение точности и расширение диапазона измеренийПоставленная цель достигается тем, что в устройство введен делитель напряжения, верхнее плечо которого соединено с выходом управляемого источника второй гармоники и входом селективного вольтметра второй гармоники, а нижнее плечо - с коммутатором.На чертеже приведена функциональная схема устройства.Устройство содержит управляемый генератор 1 гармонических колебаний частоты й), испытуемую структуру 2, параллельный колебательный контур 3, настроенный на частоту 2 М, источник обратного смещения 4, селективные вольтметры 5 и 6 первой и второй гармоник соответственно, фильтр первой гармоники 7, коммутатор 8, управляемый источник второй гармоники 9, фильтр второй гармоники 10 и делитель напряжения 11.Устройство работает следующим образом.С выхода управляемого генератора 1 гармонические колебания частоты й) через контакты коммутатора 8 подаются на измерительную цепь, представляющую собой последовательное соединение испытуемой структуры 2 и колебательного контура 3, имеющего резонанс на частоте, 2 И, Сюда же поступает напряжение обратного смещения от источника 4.Под действием протекающего через образец гармонического тока частотыО из-за нелинейных свойств барьерной емкости появляется ток второй гармоники, Оба тока создают на контуре 3 падения напряжений первой и второй гармоник. Напряжение первой гармоники выделяется с помощью фильтра первой гармоники 7 и используется для управления выходным напряжением генератора 1 с тем расчетом, что при изменениях барьерной емкости структуры 2 оставалось постоянным падение напряжения первой гармоники на колебательном контуре 3. Это одновременно00аВыходное напряжение управляемого источника 9, обратно пропорциональное концентрации примеси, измеряется селектнвным вольтметром 6.Когда на выход управляемого источника второй гармоники 9 включен делитель 11 напряжения (например, на со- . противлениях Й 1 и Р ) с коэффициентом"2деления Кв1 нижнее2К+Р 2 Йплечо которого соединено с коммутатором 8, то в этом случае разницамежду падением напряжения второй.гармоники на контуре в положенияхь но коммутатора будет равна нулю,когда выходное напряжение источника 9 в 1/ К раз больше падениянапряжения второй гармоники наструктуре 2 при протекании через последний тока первой гармоники. Следовательно вольтметр 6 будет измерять напряжение, в 1/Кд раз большее, чем в прототипе, а для получения величины, обратно пропорциональной концентрации, его показанияследует уменьшить в такое же числораз. Используя делитель, устройство может оставаться работоспбсобным,пока падение напряжения второй гармоники на контуре будет превь 1 шать напряжение шумов а наличиесамих шумов при таком условии никакне скажется на точности измерений выходного напряжения источника 9. рения.Н.Чистякова Корректор Л.Шеньо бинчак Тираж 711 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 3926/4 Филиал ППП "Патент", г. 3 9026 будет означать цостоянство тока через испытуемый образец. Тогда напряжение на выходе генератора будет целиком определяться величиной барьерной емкости, а:именно будет прямо пропорцио-нально ширине обедненной области,т.е. глубине, на которой измеряется концентрация примеси. Выходное напряжение генератора 1, соответствующее ,этой глубине, измеряется селективным вольтметром 5.Измерение величины напряжения второй гармоники, обратно пропорциональной концентрации, производится методом замещения, Для этого напряжение второй гармоники выделяется с помощью фильтра второй гармоники 10 и запоминается (фиксируется). Затем контакты коммутатора 8 переводятся в другое положение (б), и на ту же измери О тельную цепь при тех же самых условиях подается напряжение второй гармоники с управляемого источника второй , гармоники 9 такой величины, чтобы напряжение на выходе фильтра 10 было й тем же, что и ранее, когда контакты коммутатора 8 находились в положении с 1 . Это будет означать, что падение напряжения второй гармоники на колебательном контуре 3 в первом 3 Ои втором случае одинаково, а напряжениена выходе управляемого источника 9 равно напряжению второй гармоники, возникающему в структуре 2 при протекании через него тока первой гармо,ники, поскольку и то, и другое напряжения создают на контуре 3 падение напряжения второй гармоники одинаковойвеличины. На регулирующий вход источ"ника 9 с выхода фильтра 10 подается 4 О напряжение так, чтобы свести к нулюразницу между падением напряжениявторой гармоники, возникающим на кон-.туре 3 при прохождении через структуру 2 тока основной частоты и падением 5 Фнапряжения второй гармоники при пода,че на измерительную цепь напряжениявторой гармоники с управляемого источника второй гармоники 9, т,е. вположения с 1 и о коммутатора 8.СоставительРедактор Л.Утехина ТехРед Т.Ду4 В Кроме того, вольтметр 6 может быть выполнен. конструктивно проще. Вопервых, он может быть не селективным,а широкополосным, поскольку здесьограничение его полосы пропускания с целью уменьшения влияния шумов нетребуется и, во-вторых, вольтметр 6 может иметь значительно меньшийдинамический диапазон за счетпоявившейся воэможности изменениявеличин Йи Й 2, что приводит к улучшению условий проведения измеУжгород., ул. Проектная, 4