Способ измерения профиля концентрации примеси в полупроводниках

(311 М. Кл. О 01 В 31/26,(22) Заявлено 220980 (21).2983315/18-21 с присоединением заявки МоГосуларстненный комитет СССР по лелам изобретениИ н открытийОпубликовано 150982, Бюллетень Мо 34 Дата опубликования описаиия 150982 ЬВ.И. Смирнов, В.Н. Панасюк и Е,Н. Овчаре щ(54) СПОСОБ ИЗМЕРПРИМЕСИ 1 Я ПРОФИЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИПОЛУПОВОДНИКАХ Изобретение относится к способам измерения физических параметров полупроводников и может найти приме-. нение в области физики твердого те ла, Физики полупроводников, а также в промышленности для контроля профиля концентрации примеси в полупровод-; никовых пластинах, используемых для изготовления микросхем и полупроводниковых приборов.Известен способ измерения профиля концентрации примеси в полупровод никах, основанный на измерении сопротивления растекания точечного контакта на косом шлифе 1)..Однако этот. способ является .разрушающим и не позволяет определять профиль концентрации примеси на. небольших участках полупроводникового материала.Другой известный способ, включаю- щий формирование диода Шоттки, изме-, рение. его вольт-Фарадной характеристики и расчет по ней профиля концентрации примеси, позволяет определить . профиль в локальной области материа-. ла 123Однако сформировать диод Шоттки, имеющий малые точки утечки, удается только для некоторых полупроводников, например для арсенида галлия,для остальных, в том числе и для креМния, утечку уменьшают .образованиемохранного. диффузионного кольца, т,е.разрушением исследуемого образца.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ измерения профиляконцентрации примеси в полупроводни 10 ках, включающий операции изготовле.- ния МДП-структуры иизмерения еенеравновесной вольт-Фарадной характеристики, по. которой определяютпрофиль концентрации примеси.Для компенсирования полупроводников этот метод дает профиль сум"марной концентрации примеси. Применение этого метода в случае охлаждения контролируемого образца до низких температур. позволяет упроститьизмерения за счет увеличения времени релаксации МДП-структуры, однако,при этом будет определяться профильконцентрации примеси, ионизированной при данной температуре 1;3 .Недостатком способа является ограничение,диапазона толщин, в которомизмеряется профиль концентрациипримеси, вследствие пробоя неравновесной области пространственногозаряда в периферийной части,Для исключения этого ограничения МДП-структуру формируют в виде мезаструктуры, что переводит способ в разряд разрушающих методов контроля.Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей 5 способа, так как он позволяет изме- ритЬ профиль концентрации примеси в большем диапазоне толщин полупроводника.Поставленная цель достигается 10 тем, что согласно способу измерения профиля концентрации примеси .в полупроводниках, включающем операции изготовления МДП-структуры и измерения ее неравновеснрй вольт-. Фарадной 15 характеристики, по которой определяют профиль концентрации примеси, формируют диэлектрик с ловушками и перед измерением неравновесной вольтфарадной хаоактноистики производят Формовку МДП-структуры путем заселения неравновесными неосновными носи.телями ловушек в части диэлектрика МДП-структуры, а измерение неравновесной вольт-фарадной характеристики 2 производят после окончания Формовки через промежуток времени"Ф, изм фгде С - постоянная времени. эмиссии 3неосновных носителей с лову-шек диэлектрика;сз, - время измерения неравновесной вольт-фарадной характеристики 35Предпочтительной операцией заселения неравновесными неосновными носителями (формовки) является пробойнеравновесной области пространствен Ного заряда пОдачей на МДП-структурупрямоугольного импульса напряженияглубокого обеднения с .временем нарастания переднего фронта (ф )Тф ( фь.длительностью (Т)У 45виэм Тн5где Г - время жизни неосновных носителей в неравновесной области пространственного зарядаполупроводника;Я - толщина неравновесной областипространственного заряда припробое;Ч - скорость насыщения дрейфаносителей;55и амплитудой, устанавливаемой по эталонному образцу.Отличительными признаками способаявляется то, что импульс формовкиподают несколько раз через интервал 60 времениЭ(Т .(7 -Т,где Т - интервал времени между задним фронтом предыдущего и 65 передним фронтом последую"щего импульса,а количество подач определяют по эталонному образцу, а также то, чтодиэлектрик с ловушками формируйтобразованием двух слоев разных диэлектриков.П.р и м е.р. На поверхности исследуемого полупроводника формируютМДП-структуру, состоящую из последовательно,образованных двух слоевразных диэлектриков .510 толщинойот 100 до 600 Й и 5(3 й толщинойот 1500 до 3000 А, поверх которыхнаносят слой алюминия, и проводятпо нему Фотолитографию с получениемкруглых алюминиевых электродов диаметром 1.мм.На эталонном образце, которыйпредставляет собой одну из одинаковых МДП-структур, сформированныхв едином технологическом процессе,й служит только для определения понему экспериментальным путем пара"метров импульсов формовки (амплитудыи их количества), измеряют неравновесную вольт-фарадную характеристи.-".,ку. По ней определяют величину обедняющего напряжения, соответствующегоминимальной емкости структуры, постоянную величину эмйссии неосновныхносителей с ловушек диэлектрика ь.,время жизни неосновиых носителей внеравновесной области пространственного заряда полупроводника , толщину неравновеснойобласти пространственного заряда при ее пробое И и .скорость насыщения дрейфа носителей Ч .Используя полученные параметрызадают амплитуду импульса формовки,которая должна быть несколько большевеличины обедняющего напряжения, соответствующего минимальной емкостиструктуры эталонного образца, и достаточной для проббя неравновесной области пространственного заряда. Пробой всегда происходит не по всейплощади диэлектрика под алюминиевымэлектродом, а в периферийной егочасти., так как градиент потенциалана краях электрода больше. Крометого, задают время нарастания переднего фронта импульса формовки и егодлительность и подают импульс формов-.,ки на структуру.Через промежуток времейи, не превышающий 30 мин, что несколько меньше постоянной времени эмиссии неосновных носителей с ловушек диэлектрика, измеряют неравновесную вольтфарадную характеристику, по которойрассчитывают профиль койцентрациипримеси в полупроводнике.В конкретном примере исследовался полупроводник - кремниевая пластина толщиной 300 мкм, легированнаябором с концентрацией 210"см"3Время жизни неосновных носителей а измерение неравновесной вольт-фа-.,в неравновесной области простран- радной характеристики производятственного заряда составляет 0,2 мкс. после окончания формования ИДП-струк-,Электрическая прочность двухслойно- туры через промежуток времени,го диэлектрика около 200 В. Времяизмерения неравновесной вольт-фарад Т"Ф иэйной характеристики 30 с. Ширина где- .постоянная времени эмиссии.области пространственного заряда неосновных носителей с ло- "при пробое Ч =0,8 мкм, скорость . . вушек диэлектрика;дрейфа электронов .Ч 9=10 см/с. Напря- сэм- время измерения неравновесжение, соответствующее минимальной 10 ной вольт-фарадной характеемкости структуры на неравновесной . Ристики,вольт-фарадной характеристике, сос- . 2. СпосОб по п.1, о. т л и ч а ютавляет 53 В. параметры иьвульса щ и й с я тем, что:заселение неравформовки выбраны следующими: новесными неосновными.носителямиццмпл;65 В, Тф =0,05 мкс н Т,=100 мкм 45 ловушек в части диэлектрикаИДВ-струкВ результате Формовки достигнуто тУРы проводят. путем пробоя неравноувеличение диапазона толщины полу- , весной области пространствейногопроВодника, в котором контролирует- , заряда подачей на ИдП-структуру прямо-ся пРофиль концентрации примеси, на , угольного импульса напряжения глубо 7 о сравнению с известным способом. кого обеднения с временем нарастанияС. целью достижения оптимального . .переднего фронта (Сф )результата формовки вместо одногопрямоугольного импульса напряжения фгУглУбокого обеднениЯ подают сеРию нодинаковых импульсов следующих друг.длительностью Тза другом через промежуток;времени-с Т10. мкс, Количество импульсов в се- . " иЗИТи фРии определяют путем измерения неравновесной вольт-фарадной характерис- где- вРемя жизни неосновных носитики после каждого импульса и дости- телей в неРавновесной обласжения такого состояния структуры, 30 ти пространственного заряда.при котором минимальное значениеполупроводника;емкости либо перестанет существенно И - толщина неРавновесной обласизменяться, либо станет возрастать ти про 1:тРанственного заРЯДас увеличением количества импульсовФормовки в серии. Оптимальное коли- скорость насыщения дрейфачество импульсов в серии для исследованных структур составляе 100 .им . . Способ по п,.2, о т л и ч а ю 3. Способ и .2пульсбв. При этом достигается увели-Щ и й с Я тем что прЯМОУгольныйчение диапазона толщин нсследованноимпульс напряжения глубокого обеднегополупроводника на 40. 40 ния подают несколько раз через инОпробование предлагаемого способапоказывает, что по сравнению с извест-ь Т сс -Тн ым способом в нем достигается уве- где Тп - интервал временд. "Ф ил ченИ ие диапазона толщин полупровод- ним фронтом предыд еиремени между задника в кто ором. контролируется про-. 45передним .Фронтом последуюфиль концентрации примеси, от 20 щего импульса.до 80. 4 Способ по п.1, о т л и ч а ю.Формула изобретения .щ и й с я тем что им, то диэлектрик с .ловушками формируют образованием.1. Способ измерения профилцентрации пРимеси в полупроводникахна осНове измерения неравиовесн й принятые во внимание прй экспертизевольт-Фарадной характеристики ИДП Батавии В.В. Контроль параметструктуры, по которой определяют . Ров полупроводниковых материаловфиль концентрации примеси, о т л и - 55 а сиалъных .Слоев, И., Советпро и эпитакси лч а ю щ и и с я тем,что,с целью р с- ское Радио", 1976., с. 18-2.3.ширения функциональных возможностей ам же, с,:29-38.способа, перед измерением3. Бронинг, Рихтер. новый имтельно фор руют диэл пуль "ый метод изМерения емкостием послед ват диэлектрик с ловУш- .ИДП стр,ками и. Формуют ИдП-структ ру Ю - уктур в зависимости от напрязаселения неравновеснымй е. . Р ме и." ПрибоРы для научмя носителями ловушек.,и ы- . Ных исследованийф, 1976, Р 3, с., 69-шек диэлектрика, 73 (прототип).ВНИИПИ Заказ 7009/61 Тираж 717 ПодписноеВ филиал ППП "Патент", г,Ужгород, Ул,ПРоектная,4