Устройство для измерения параметров мдп-структур

(Л ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЭОБР.(72) С.Ш,Валтянский, В.В.Зверева, С.А .Кузнецов, А,А,Мельников, Ю.П.Михеев, С.М .Фельдберг и К .Н.Чернецов (71) Пензенский политехнический ,институт и Пензенский филиал Всесоюзного научно-исследовательского технологического института приборостроения(56) 1, Концевой Ю.А ., Кудин В.Д. Методы контроля технологии производства полупроводниковых приборов, М.,Энергия, 1973, с. 48.2. Авторское свидетельство СССР 9 658508, кл, О 01 В 31/26, 1977, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МДП-СТРУКТУР, содержащее генератор синусоидального напряжения и источник смещения, подключенные соответственно к первому н второму входам первого сумматора, выход которого соединен с первой клеммой, для"подключения испытуемой структу" ры, вторая клеьма для подключения испытуемой структуры соединена с входом,801100590 усилителя, между входом и выходом которого включен образцовый конденсатор, а первый вход блока регистрации соединен с выходом источника смещения, и управляемый делитель напря" жения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, .что, с целью повьзаения,точности, оно снабжено вторым сумматором, блоком стабилизации, фазовращателем, коммутатором, синфазным фазочувствительвым выпрямителем, при этом, выход первого сумматора последовательно через делитель напряжения подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом усилителя и первым входом синфазного фа зочувствительного выпрямителя, вто-рой вход которого подключен к выход коммутатора, первый вход которого сое динен с выходом второго сумматора, а второй вход - с выходом фазовращателя, вход которого соединен с выхо.дом второго сумматора и с входом блока Я стабилизации, выход котороо соединен с управляющим входом генератора сину-: соидального напряжения, второй вход блока регистрации соедйнен с выходом синфазного фазочувствительного ;выпрямителя.Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для проведения экспресс-контроля качества и исследования структур металл- диэлектрик-полупроводник (МДП-струк- тур) в процессе производства инте гральных схем на их основе.Известно устройство для регистрации вольт-фарадяых характеристик МДП-структур, представляемых одноэлементной эквивалентной схемой замеще 4 10 ния, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник смещения, усилитель, к входу которого подключен образцовый резистор, а выход через выпрямитель соединен с 15 вертикальным входом самописца, горизонтальный вход которого подключен к источнику смещения. Объект измерения и образцовые сопротивления образуют. емкостно-омический делитель для си- ;д нусоидального напряжения Г 13.Недостатком известного устройства является низкая точность и ограниченные Функциональные возможности, определяемые упрощенным представлением .25 МДП-структуры в виде одной эквивалент" ной емкости.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник смещения, объект измерения, два усилителя, индикатор синфазности, управляемый. делитель напряжения, первый вход которого соединен с генератором синусоидального напряжения, сумматор,35 выход которого через объект измерения подключен к входу второго усилители, а первый вход соединен одновременно с источником смещения и:с горизонтальным входом самописца, вертикальный вход которого подключен к выходу выпрямителя. Объект измерения и образцовое сопротивление образуют цепь обратной связи второго уснлителя. Для исключения влияния напряжения смещения на режим второго .усилителя по постоянному току в схему включены Фильтр нижних частот, регулируемое сопротивление и инвертор 23Недостатком указанного устройства является невысокая точность измерения 50 такого важнейшего параметра исследуе" моЦ МДП-структуры, как емкость полупроводника из-за использования неточной электрической схемы замещения МДП-структуры, состоящей иэ параллель 55 но соединенных эквивалентной емкости структуры и сопротивления утечки,Кроме того, полученные значения параметров эквивалентной схем являют- бО ся абсолютными. Как известио, емкость диэлектрика, входящая в емкость структуры, прямо пропорциональна площади контакта, Нестабильность площади контакта приводит к .снижению точности изу мерений емкости структуры, что оссбенно сказывается в установках со сканирующим зондом, например, при контроле однородности МДП-структуры,Цель изобретения - повышение точности.Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения и источник смещения, подключенные соответственно к первому и второму входампервого сумматора, выход которогосоединен с первой клеммой для подключения испытуемой структуры, втораяклемма для подключения испытуемойструктуры соединена с входом усилителя, между входом и выходом которо:4го включен образцовый конденсатор, апервый вход блока регистрации соединен с выходом источника смещения,и управляеьий делитель напряжения,введены второй сумматор, блок стабилизации, фазовращатель, коммутатор, синФазный Фазочувствительныйвыпрямитель, при этом выход первогосумматора последовательно через делитель напряжения подключен к первомувходу второго сумматора, второйвход которого соединен с выходом уси" .дизеля и с первым входом синФазногоФазочувствительного выпрямителя, второй вход которого подключен к выходукоммутатора, первый которого соединенс выходом второго сумматора, а второй вход - с выходом Фазовращателя,вход которого соединен с выходом вто,рого сумматора и с входом блока стабилизации, выход которого соединен суправляющим входом генератора синусоидальногь напряжения, второй вход блоха регистрации .соединен с выходомсииФазного Фаэочуватвительного выпрямителя.На чертеже представлена Функциональная схема устройства.устройство для измерения параметров 3 ЦЦ-структур содержит генератор1 синусоидалвиого напряжения и источник 2 смещения, подключенные соответственно к первому и второму входампервого сумматора 3, выход которогосоединен с первой клеммой 4 для подключения испытуемой структуры, вторая5 клемма для подключения испытуемойструктуры соединена с входом усилителя б, между входом и выходом которого включен образцовый конденсатор"7, а первый вход блока регистрации 8(самописца) соединен с выходом источника 2 смещения, и управляемый дели- .тель 9 .напряжения, выполненный регулируемюм второй сумматор 10, блок11 стабилизации, фазовращатель 12,коммутатор 13, синФазный Фазочувствительный выпрямитель 14,при этом выход;первого сумматора 3 последовательночерез делитель 9 напряжения подключенк первому входу второго сумматора1100590 Изменяя коэффициент передачи К регулируемого делителя нацряжения 9, добиваются нулевого сигнала О на выю ходе сумматора 10. Момент достижения равновесия Фиксируется с помощью фазочувствительного выпрямителя, подключенного к выходу сумматора 10, который определяет изменение фазы напряжения на противоположную 0 по отношению к напряжению 0 синфазному согласно (1) с напряжейием По, Значение К ,удовлетворяющего состоянию равновесия, определяют, приравнивая правую часть выражения (4) кулю, откуда получают КЛС С(5) После вывода МДП-структуры из режима аккумуляции напряжение на выходе усилителя б определяется выраже- нием 1 С, ) ц Со(10) Напряжение 09 связано с входным. 55 . напряжением 06 через коэффициент передачи К регулируемого делителя напряжения 9, т.е. Фаэочувствительный выпрямитель 14 определяет только синфаэную составляющую поступающего на его вход напряжения, опорным сигналом для него служит напряжение 0(4) При подключении с помощью комау,65 татора 13 Фазочувствительного выпря П= о(К - С).С Со 10, второй вход которого соединен с выходом усилителя 6 и с первым входом синфаэного .Фазочувствительного выпря" мителя 14, второй вход которого подключен к выходу коммутатора 13, пер- вый вход которого соединен с выходом 5 второго сумматора 10, а второй входс выходом Фазовращателя 12, вход которого соединен с выходом второго сумматора 10 и с входОм блока 11 стабилизации, выход которого соединен с 1 О управляющим входом генератора 1 синусоидального напряжения, второй вход блока 8 регистрации соединен с выходом синфазного фаэочувствительноговыпрямителя 14. 15Эквивалентная схема исследуемой МДП-структуры представлет собой последовательное соединение емкости изолятора 15(С,) с параллельно соединенными емкостью полупроводника 16(Ср) и проводимостью полупровдника 17(6 ).20Устройство работает следующим образом,Исследуемую МДП-структуру пощслючают к клемиам 4 и 5. К ней прикладывается через су .атор 3 су а .Напря 25 жения смещения По, от источника 2 и синусоидального напряжения требуемой частоты (тест-сигнал О- ) от генератоора 1.В начальный момент времени на ис-. ЗО следуемую структуру подается такое напряжение (положительное для структуры и-типа и отрицательное дляструктуры р-типа), которое вводит МдП- структуру в режим сильного обогащения 35 (режим аккумуляции). В этом режиме коэффициент передачи МДП-структуры определяется только емкостью изолятора 15(С,), так как падение напряже-. ния на полупроводниковой части практически равно нулю д,р,й = 0В этом случае выходное напряжение усилителя б равноП Ц 2.С(1)э о Со 45На вход сумматора 10 поступает напряжение П с выхода усилителя 6 и напряжение 69 с выхода регулируемого делителя напряжения 9. Выходное напряжение сумматора 10 определяется 50 выражением Введение блока стабализации 11 позволяет изменять напряжение генератора 1 таким образом, что при изменении параметров МДП-структуры от прикладываемого напряжения смещении напряжение Йо на выходе сумматора 10 остается постоянным. В этом случае напряжение 01 о является опорным. Иэ (2) получаютОпределяя из (6) значения 0 иподставляя полученное выражение в (8)получают 6, П 1 о+ 1)6 (1 + , ) (9)/ см К 2 1 о С0 = К 0 ." . (12)1 Составитель Т,ИвановаРедактор Л,Веселовская Техред Ж, Кастелевич КорректорЛ.Пилипенко Заказ .4577/36, Тираж .711 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Моеква, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Филиал ППППатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мителя к,выходу сумматора 10 напряжение на его выходе 5Алв рйределения квадратурной составляю 1 аей натяжения и Фаэочувствительиый.еыпраэжтель 14 подключают к выходу бумматора 10 через Фазовращатель, щйевщвй коэффициент передачи, 10 пропорцвоиальвый )и реализованный, Например, ва базе двффереицирующего усилителя,В этом случае фазочувствительвый выпрямитель выделяет квадратурную составляющую напряжения бь,т.е 15 Напряжение с выхода фазочувстви тельного выпрямителя 14 постУПает на вертикальный вход самописца 8, напряжение смещения, прикладываемое к исследуемой структуре, поступает нагоризонтальный вход самописца 8,Самописец регистрирует зависимостиприведенных значений емкости или проводимости полупроводниковой частиМШ 1-структуры в Функции от приложейного к МДП-структуре напряжения смещения. дополнительно по значению коэффициента передачи регулируемого делителя напряжения, реализованного,.например, на базе потенциометра, от-,Считывают в соответствии с (5) значение емкости изолятора 15(С ),Таким образом, предпагаемое устройство позволяет регистрировать значения емкости и .проводимости полупроводниковой части в нормированномвиде,. т.е. отнесенными к емкости изолятора данного образца,Повыаение точности измерения .:вольт-Фарадных характеристик по сравнению с прототипом повысит качествокорректировки текпроцесса и за счет этого увеличится процент выхода годных БИС