Способ измерения параметров области полупроводникового слоя

,ЯОА уд) С 01 В 31/26 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯйе 3арК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Фиг 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ(56) 1. Батавин В.В. Контроль параметров полупроводниковых материалов и эпитаксиальных слоев. М., "Советское радио", 1976, с. 10-14.2, ВгоСпегСоп 8.0. апй 0111 А. РеСегщ 1 паС 1 оп о 1 вцгГасе - апй "оц 1 Е 8 епегаС 1 оп сцггепСв п 1 о 1 еаКайе в 111 соп МОЯ вСгцсСцгв. "Арр 1. Рпув ЬеСС", 33, 1978, Р 10, р. 890-892.(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБЛАСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СЛОЯ, включающий ограничение размеров контролируемой области замкнутой МДП- структурой, формирование внутри контролируемой области средств контакти 1 рования, подачу импульса напряжения обеднения на замкнутую МДП-структуру и ограничение времени измерения параметров в пределах длительности импульса напряжения обеднения, о тл й ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, подачу импульса напряжения обеднения производят, увеличивая его амплитуду до момента наступления электрической изоляции контролируемой области от остальной части полупроводникового слоя, затем повышают амплитуду импульса до установления времени существования электрической изоляции, отвечающего условию: фЪЬ ) Сиам где Са - время существования электрической изоляции, время измерения параметров контролируемой области аИзобретение относится к измерению электрофизических параметров полупроводников и может найти применение в промышленности для контроля электрофизических параметров полупроводниковых пластин, используемых при изготовлении микросхем и полупроводниковых приборов. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано для контроля слоев, изолированНых от подложки полупроводниковой структуры, например эпитаксиальных слоев.Известен четырехзондовый способ измерения параметров полупроводниковых слоев, изолированных от под ложки, в частности их поверхностного сопротивления, включающий операции установки на поверхности слоя на фиксированном расстоянии друг от друга четырех зондов, задания че рез два из них тока и измерение падения напряжения на двух других зондах 1 П .Однако способ требует высокой точности юстировки зондов и дает сущест= 25венную погрешность для слоев с ограниченной площадью, где не выполняется условие "полубесконечности" образцов (характерный размер контролируемого слоя много больше расстояния 30между зондами),Наиболее близким к изобретениюявляется способ измерения параметровобласти полупроводникового слоя,включающий ограничение размеров конт 35ролируемой области замкнутой МДПструктурой, Формирование внутри контролируемой области средств контактирования, подачу импульса напряженияобеднения на замкнутую МДП-структуру 40и ограничение времени измеренияпараметров в пределах длительностиимпульса напряжения обеднения.В качестве средств контактирования используют. металлический электрод, нанесенный через изолирующийслой диэлектрика на поверхность конт.ролируемой области внутри замкнутойМДП-структуры и, следовательно, внутри контролируемой области, котораяограничена замкнутой МДП-структурой,Формируют внутреннюю МПП-структуру.Во время воздействия импульса напряжения обеднения в течение ограниченного времени, лежащего в пределахдлительности этого импульса, измеряют величину тока смещения внутренней МДП-структуры, по которой определяют такой параметр контролируемой области, как скорость поверхностной генерации Г 2. 60Недостатками известного способаявляются сложность технической реализации, обусловленная необходимостью выполнеНия очень узких поряд.а 1 мкм) зазоров между металлически 65 кими электродами внутренней и замкнутой 1 ЩП-структур, а также ограниченные функциональные возможности, поскольку измеряется только один параметр контролируемой области слоя полупроводниковой структуры. Кроме того,. снижается точность измерений .1 з-за влияния окружающих областей контролируемого слоя структуры, поскольку контролируемая область не изолирована электрически от этих областей.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения параметров области полупроводникового слоя, включающему ограничение размеров контролируемой области замкнутой МДП-структурой, формирование внутри контролируемой области средств контактирования, подачу импульса напряжения обеднения на замкнутую МДП-структуру и ограничение времени измерения параметров в пределах длительности импульса напряжения обеднения, подачу импульса напряжения обеднения производят, увеличивая его амплитуду до момента наступления электрической изоляции контролируемой области от осталь ной части полупроводникового слоя, затем повышают амплитуду импульса до установления времени существования электрической изоляции, отвечающего условиюСцЪ ) Ии где дз - время существования электрической изоляции; время измерения параметров контролируемой областиНа фиг. 1 изображена топология формируемой МДП-структуры, предназначенной для измерений поверхностного сопротивления полупроводникового слоя, на Фиг. 2 - временная диаграмма измерений электрических характеристик; на Фиг. 3 - топология Формируемой структуры, предназначенной для измерения величины ухода рельефа скрытого слоя эпитаксиальных структур; на фиг, 4 - то же, для измерения удельной емкости изолирующего Р - б перехода;Формируемая МДП-структура содержит контактное окно 1 (площадка) к внешней по отношению к контролируемой области полупроводникового слоя, контактное окно 2 для подключения первого выхода источника тоха, контактное окно 3 для подключения первого входа вольтметра, контактное окно 4 для подключения второго входа вольтметра, контактное окно 5 для подключения второго выхода источника тока, контактную площадку 6к металлу ИДП-структуры, металл 7замкнутой МДП-структуры и контролируемую область 8 полупроводниковогослоя.На фиг. 2 показаны временная зависимость 9 подаваемого на металлИДП-структуры напряжения, временная зависимость 10 тока утечки, допустимая величина 11 тока утечки,диаграмма 12 проводимых в контролируемой области измерений, а такжевременная зависимость 13 толщины неравновесной области пространственного заряда.МДП-структура включает также скрытый слой 14, контактное окно 15 дляподключения вольтметра, контактнуюплощадку 16 - МДП-структура на внешней области полупроводникового слоя,контактную площадку 17 - МДП-струк-,тура на контролируемой области полупроводникового слоя,Электрическую изоляцию контролируемой области от остальной частислоя структуры на. время измеренияосуществляют не с помощью разрушающих структуру технологических операций, а путем йодачи на ограничивающую размеры контролируемой области по поверхности слоя замкнутуюМДП-структуру импульса напряжениятакой полярности, при которой происходит обеднение слоя полупроводника под электродом замкнутой МДП-.структуры основными носителями заряда. Приложение импульса напряженияобеднения создает под электродбмзамкнутой МДП-структуры неравновесную область пространственного заряда(НОПЗ), которая расширяется от поверхности слоя вглубь его по мереувеличения амплитуды импульса.Поскольку предложенный способ1 предназначен преимущественно для исследования слоев полупроводника, изолированных от подложки, образование НОПЗ создает предпосылки для электрической изоляции контролируемой области, ограниченной замкнутой ИЦП-структурой, от всего остального исследуемого слоя., Полная электрическая изоляция наступает в тот момент, когда НОПЗ при увеличении амплитуды импульса перекрывает всю толщину исследуемого слоя и смыкается с изолирующей подложкой.При дальнейшем повышении амплитуды импульса увеличивае.ся время существования электрической изоляции (это время, в течение которого НОПЗ перекрывает толщину слоя). Затем за счет рекомбинационных процессов НОПЗ уменьшается, и через некоторое время существование изоляции контролируемой области прекращается.На время существования электрической изоляции имеются широкие воэможности для измерения праметровполупроводникового слоя в локальнойконтролируемой области этого слоя,так как на измерения практическине влияют соседние с контролируемойокружающие области слоя.Способ осуществляется следующимобразом.На поверхность исследуемого слояполупроводника, который изолированот подложки структуры, наносят замкнутую МДП-структуру для ограниченияразмеров контролируемой области поповерхности исследуемого слоя полупроводника. Внутри контролируемой 15 области формируют средства контактирования. В зависимости от набора измеряемых параметров средства контактирования могут выполняться по-разному. Это могут быть контактные пло- ( щадки, с помощью которых через окнавслое диэлектрика осуществляетсяконтакт со слоем полупроводника, могут быть также использованы средства контактирования в виде электродаили нескольких электродов ИДП-структур, формируемые с целью измеренияхарактеристик поверхностной емкости.Затем на замкнутую ИДП-структуруподают импульс напряжения обеднения,который создает НОПЗ и увеличиваюамплитуду импульса до тех пор, покаНОПЗ не сомкнется с изолирующей подложкой, когда наступает электрическая изоляция контролируемой областиот остальной части слоя структуры, 35 Дальнейшее увеличение. амплитудыимпульса напряжения обеднения ограничивается значением, при которомэлектрическая изоляция существуетв течение всего времени измерений 40 параметров контролируемой области,Контроль амплитуды импульса напряжения обеднения, удовлетворяющейусловию изоляции области, может бытьосуществлен, например, двумя мето дамиПервый метод осуществляется путемизмерения зависимости емкости замкнутой МДП-структуры от амплитуды приложенного импульса напряжения обеднения. При амплитуде импульса, соответствующей значению, при которомемкость ИДП-структуры перестаетуменьшаться, т.е. достигается минимальная величина контролируемой емкости, происходит смыкание НОПЗ с,изолирующей подложк ой и изоляция контролируемой области, далее амплитудуимпульса напряжения обеднения повышают настолько, чтобы ограниченноевремя, неогходимое для выполнения 60 измерений интересующих параметровконтролируемой области, на измеряемой зависимости емкость замкнутойИДП-структуры ые начала увеличиваться, что соответствует началу умень шения толщины слоя НОПЗ.Второй метод осуществляют путем измерения зависимости тока утечки между контролируемой областью и остальной частью слоя полупроводника. Для измерения тока утечки предварительно вне замкнутой ИДП-структуры5 формируют дополнительные средства контактирования (дополнительные контактные площадки к слою полупроводника), до подачи. импульса напряжения обеднения между внутренними и внешними средствами контактирования устанавливается определенной величины ток утечки (этот ток может быть постоянным, если внутренние и внешние средства контактироваиия обеспе чивают непосредственный контакт со слоем полупроводника, или емкостным, если во внутренней области полупроводника средства контактирования выполнены в виде электрода ИДП-струк О туры) по мере увеличения. амплитуды импульса напряжения обеднения НОПЗ расширяется, что приводит к уменьшению тока утечки, величина тока утечки является мерой определения качества изоляции контролируемой области от остальной части слоя структуры под действием НОПЗ амплитуду импульса напряжения обеднения повышают до такой величины, чтобы в течение всего 3 О времени измерений (которое принимается за известный параметр) ток утечки не превышал заданное значение. Таким образом,. в обоих случаях контролируемую область изолируют от остальной части слоя структуры на ограниченное и заранее известное время измерения интересующих параметров области с помощью неравновесной об-. ласти пространственного заряда, которая в течение этого времени перекрывает всю толщину исследуемого слоя.По сравнению с известным способом измерений предложенный обладает более широкими функциональными возможностями благодаря тому, что на время измерений контролируемая область изолируется от остальной части слоя структуры неравновесной областью пространственного заряда. При этом могут быть измерены, например, такие параметры коНтролируемой области полупроводникового слоя, как поверхностноесопротивление, рельеф зарядов в этом слое, удельная емкость изолирующего Д - съ перехода между исследуемым слоем и подложкой.Кроме того, предложенный способ позволяет исключить разрушение контролируемого слоя полупроводника благодаря использованию низкотемпературных операций подготовки структуры к измерениям и повысить точность измерения параметров слоя в локальной области слоя за счет исключения влияния окружающих областей исследуемого слоя,1068847 Составитель Ю.Брызгалов:Редактор О. Юрковецкая Техред Л,ПилипенкоЗаказ 1И н орректоп а, Фер П ое я 711ного комитета Сений и открытийРаушская наб.,1457/40 ВНИИП по 113035, Тир арстве изобреЖГоселамоск 4/5 г Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн