Способ контроля профиля примеси во встроенном канале мдп транзистора

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВО ВСТРОЕНН 0 М КАНАЛЕ (57) Сущность изобрет ляют в режиме полного нала зависимость кана циала от потенциала и филь примеси находят положению экстремума ПРОФИЛЯ ПРИМЕСИ, МДП-ТРАНЗИСТОРА ения. опредеобеднения кального потенодложки, Пропо величине и и вии И И2 сИ+И В 5 А З(ЯВ 6 Э)ГОСУДАРСТВ Е Н НОЕ ПАТЕ НТН ОВЕДОМСТВО СССР(71) Киевский научно-исследователь"ский институт микроприборов(72) А.Н.Титов и О.Р.Андрияшик(56) С,Зи, физика полупроводниковыхприборов. М,: Мир, 1984, кн, 1,с. 260"262,Магс 1 п 1 а 1 с У Майцга Н, Вю 1.Ъо 1 зЕоче 1 а 1 сас 1, еслп 1 сгп, м .1,ПаЪ гоюз 1 схе 8 о, 1981, К. ХХХ, пг, 11(351р. 81-89. Изобретение относится к измерениям параметров полупроводниковых приборов.Известен способ измерения распределения примеси в полупроводника основанный на снятии С-эависимост обедненного слоя, с последующим рас счетом по ней профиля примеси.Однако данный способ не применим к МДП-структурам иэ-за накопления неосновных носителей заряда и не обеспецивает возможности измерения распределения легирующей примеси до поверхности полупроводника.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения усредненной концентрации примеси и глубины канала в МДП-тран зисторах со встроенным каналом, основанный на измерении зависимости порогового напряжения транзистора от напряжения на подложке и посдующем определении концентрациимеси и глубины канала в соответс формулой де 11 - пороговое напряжение М"П"ттранзистора 111 - разность потенциалов мВвподложкой и истоком,И - концентрация акцепторнойпримеси в подложке,М - усредненная концентрациядонорной примеси в каналеЯ - диэлектрическая проницаемость полупроводника,а - контактная разность потеналов на р-п-переходе,77389ние экстремума на потенциальной кривой зависят от конструктивно-техно".логических характеристик транзистора: с,о)су ф где Х - глубина канала,у - толщина подзатворного диэлектрика,Ео - диэлектрическая проницаемость подзатворного диэлектрика,а - заряд электрона,Недостатком этого способа является то, что он принципиально не позволяет получить профиль легированияканала, так как заранее предполагается, что примесь распределена однородно,Целью изобретения является осуществление возможности измерения распределения примеси по глубине каналавплоть до диэлектрического слоя затвора.Указанная цель достигается тем,что в способе измеряют зависимостьмаксимального значения потенциала канала в режиме полного обеднения отпотенциала подложки при постоянномпотенциале затвора, а расчет профиляпримеси проводят по формуламЯ, Е, )-гтолщины и диэлектрической проницаемости подзатворного диэлектрика, сте пени легирования и диэлектрической проницаемости полупроводниковой подложки и, наконец, профиля примеси в канале, Это позволяет связать про" филь примеси с электрофизическими параметрами транзистора, В предла" гаемом способе точка, в которой определяется концентрация примеси, соответствует положению экстремума на потенциальной кривой и не совпадает с границей области обеднения, находящейся в подложке за пределами канала (в отличие от приближения "рез" кой границы области обеднения", по" ложенного в основу вольт-емкостного метода), что позволяет измерять профиль примеси вплоть до границы раз" дела полупроводник - диэлектрик.Исходным пунктом при выводе предлагаемых формул является решение уравнений Лапласа и Пуассона с соответствующими граничными условиями для состояния полного обеднения канала транзистора. Тогда, если Х " текущая координата, изменяющаяся от О на границе раздела диэлектрик " полупроводник до своего значения вглубь структуры, а Ч) - текущее зна" чение потенциала, можно записать:а Б Ев ЙЫвв 9 (Х + Ц)гсе " ЕОугде Х, - расстояние от границы разде"лаокисел - кремний в глубину канала,(" в -) " производная от потенциа"ЪвИфм )м" Ола подложки по канальномупотенциалу в точке, когдаХм=ОИЪвестно, что в транзисторах совстроенным каналом с момента наступления полного обеднения потенциал ка"нала определяется потенциалами под"ложки и затвора, С другой стороны,знаание потенциала канала и положе к 0 справа 9 =ч- для слоя полупроводника и-типаОк Х(х 1где Х - глубина канала517771 Р 9р(х) =их,(х) =сс(х) -и 1,где р - заряд электрона;4дХЕ 5- диэлектрическая проницаемость дч)полупроводника, 5 дХ и Ч 2 = Ч , а при Х =Х 0 и58где(1 58ожки (Х) = -цИ М (Х) - разность концентраций доноров потенциал подлДи акцепторов в канале тран- Решая записанные уравнения с ихзистора; граничными условиями, а также учиты- для полупроводника р-типа вая непрерывность вектора электромаг-.10 нитной индукции на границе двух сред:где Х - координата границы области Я - = ( -- где Еохобеднения р-и-перехода содиэлектрическая проницаемость подзатстороны подложки:ворного диэлектрика, и условие экстредгя) и (Х)15дх Е.,мума= О, можно получитьдХ х:Хмс граничными условиями при Х = Х; следующие уравнения:"- = -2 а(м-Ч )-Ь, те, --- ли-дам 3 г Чмнейно зависит от(1 идгЧ 5 ВЧи хсопят, Используя эти соображения,делить ( )Х и (РЖЪ 5 вдЮм Х Ах =0 50 55 сЗдесь Х , - координата, в которой потенциал приобретает экстремальное значение,- экстремальное значение потенциала.Продифференцировав дважды по 1), каждое из уравнений системы, получают выражение для расчета концентрации примеси в точке Х)с)с.дЮеВд 4 мс (Х,с) 1)1 р, ), Е д г 11"(Х +Ы)М Е,ду Продифференцировав первое из уравнений системы по цм и подставив вместо И (Х ) ее значение, получают после соответствующих преобразований обыкновенное дифференциальное уравнение первого порядка,. решая которое, находят выражение для Хм. сИ А Е всг д Ч 5 Ье1+5:,( )г"5 си- Сох с д ЮмЗдесь ( (О) - потенциал подложки,ЯВпри котором потенциал канала принимает свое экстремальное значение вточке, расположенной на границе раздела диэлектрик - полупроводник, а( - - - ) - значение производдЧ 58д Юм Хм=оной по чм в этой точкеИз системы уравнений видно, чтокогда Х р = О, то Цм = Ч, Поэтому(практически(0) и ( -- -)дЮ 5858 д ь, Хм:0ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ На ЗаВИСИМОСтИ хв (Тм)при Ч = сопят в точке, когда хм = ЧуП р и м е р, Длярасчета профиляпримеси необходимо использовать зависимость канального потенциала отпотенциала подложки, измеренную припостоянном напряжении на затворе в, режиме полного обеднения канала, ТаЗ 5кая зависимость представлена на чертеже, При этом следует иметь в виду,что в зависимости от соотношения между потенциалами затвора и подложкиисследуемая структура может находить О ся в трех состояниях, При больших отрицательных напряжениях на подложкераспределение потенциала в каналеимеет вид монотонной функции, Р этомслучае экстремальное значение потенциала будет на границе полупро"водник -диэлектрик, т,е, Щц =(15, имежду Я Ч и 1 выполняется соот- ношение17771 Р 9 Составитель Л,ЗотовРедактор Г,Бельская Техред Ц,Моргентал кт нчакова оизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. ина,101 аказНИИПИ 125Государ Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5