Способ измерения потерь заряда в пзс

ОП ИСАНИЕИЗЬБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 957136(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ ЗАРЯДА В ПЗС 1Изобретение относится к электронной промышленности, в частности к производству приборов с зарядовой связью (ПЗС), и наиболее эффективно может быт ь использовано для контроля качества и технологии изготовления полупроводниковых приборов 5 данного класса.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения потерь заряда в ПЗС, включающий введение зарядового пакета под один из фазовых электродов отдельных ячеек многоэлементного прибора и измерение параметра путем последовательной передачи зарядового пакета от элемента к элементу и считывания информации на выходе прибора. 15Наиболее точно потери заряда при переносе заряда в ПЗС-цепочке можно измерить только при большом числе ячеек и введением зарядового пакета в первую и последнюю ячейки прибора. Потери заряда измеряются по занижению амплитуды второй считываемой единицы по сравнению с амплитудой первой единицы из-за того, что часть зарядового пакета, введенного в первую ячейку, захватывается при передаче заряда на выход пустыми ловушками в остальных ячейках ПЗС.Удельные потери заряда на один перенос определяются по формулеЬЧаЧП 1 К где ЬУд - разность амплитуд сигналов навыходе ПЗС от первой и второй единиц в серии;Ч - амплитуда сигнала второй единицы;к - число ячеек переноса;гп - число переносов заряда в ячейке 11.Недостатком известного способа является то, что в нем могут быть измерены только усредненные потери для всех ячеек прибора, считая, что потери одинаковы для всех ячеек.Однако величина потерь связана с концентрацией центров захвата в канале переноса заряда, а так как последняя неоднородна на расстояниях, характерных для размеров ПЗС, то и величина заряда, захватываемого в ячейках ПЗС из передаваемого зарядового пакета, также неоднородна. Степень неоднородности концентрации цент 9571365 10 15 20 25 З 0 35 40 45 50 55 ров захвата, а следовательно, и потерь вдоль цепочки ПЗС, определяется как технологией изготовления прибора, так и параметрами исходного полупроводникового материала. Кроме того, данные, полученные при изучении параметров микродефектов в кремнии, позволяют сделать вывод о том, что концентрация центров захвата в области дефектов кремния может на несколько порядков превышать концентрацию центров захвата в однородной (бездефектной) области кремния, что может приводить к большим локальным потерям при передаче заряда в области микродефектов,Из сказанного следует, что необходимо измерять локальные потери в ПЗС, чтобы оценивать степень неоднородности потерь вдоль цепочки ПЗС.Известный способ не позволяет измерять потери в отдельных ячейках ПЗС, а дает лишь суммарную величину потерь во всех ячейках ПЗС или усредненную величину локальных потерь для одной ячейки.Целью изобретения является обеспечение измерения локальных потерь в любой из ячеек ПЗС.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения потерь заряда в ПЗС, включающему введение зарядового пакета под один из фазовых электродов отдельных ячеек многоэлементного ПЗС и измерение параметра путем последовательной передачи зарядового пакета от элемента к элементу и считывания информации на выходе ПЗС, зарядовые пакеты вводят под одноименные фазовые электроды всех ячеек ПЗС, создают потенциальные ямы под другими одноименными электродами каждой ячейки соответствующим распределением потенциалов под фазовыми электродами и перед считыванием информации многократно передают зарядовые пакеты в противоположных направлениях в пределах каждой ячейки, а также тем, что вводят зарядовые пакеты и создают потенциальные ямы поочередно под каждым из фазовых электродов ячеек путем циклического изменения распределения потенциалов,На фиг. 1 - 4 приведены примеры зависимой распределения потенциалов от времени.Предложенный способ осуществляют следующим образом.Зарядовые пакеты вводят в каждую ячейку под одноименные электроды, например под первые фазовые электроды. Под другим фазовым электродом каждой ячейки создают потенциальную яму путем создания соответствующего распределения потенциалов под электродами. Затем, изменяя в определенной последовательности напряжения на фазовых электродах всех ячеек, обеспечивают многократную передачу введенных зарядовых пакетов в пределах каждой из ячеек сначала в одном направлении, затем - в другом. При этом в результате каждого акта передачи зарядового пакета изпод одного фазового электрода к другому происходит некоторая потеря заряда. Потери заряда стекают в потенциальную яму, а после каждого цикла передачи зарядового пакета в противоположных направлениях в пределах одной ячейки под первый фазовый электрод возвращается остаток заряда. Если начальная величина введенного зарядового пакета составляла Оо, то в результате многократной передачи этого пакета в пределах одной ячейки она уменьшается до величины Я 1, а суммарные потери заряда в данной ячейке составят величину (,)г, причем Я 1 =Ор в г. Тогда огносительную величину потерь на один перенос в данной ячейке можно определить по формулеЕ=ЯгД, +Яг)п,где и - число циклов передачи зарядовогопакета в пределах одной ячейки.После многократной передачи зарядовых пакетов в противоположных направлениях в пределах каждой ячейки изменяют чередование напряжений на фазовых электродах таким образом, что обеспечивают передачу зарядовых пакетов от элемента к элементу ПЗС, и на выходном устройстве считывают последовательно информацию. В считанной информации чередуются сигналы Ц, амплитуда которых пропорциональна остатку первоначально введенных зарядовых пакетов в каждую ячейку, и юг, амплитуда которых пропорциональна заряду потерь в той же ячейке. По этим сигналам и определяются локальные потери заряда в любой из ячеек ПЗСЕ = 1-1 г%г - У 1 /п.Для поочередного измерения локальных потерь под каждым из фазовых электродов ячеек поочередно вводят зарядовые пакеты и создают потенциальные ямы под каждым из фазовых электродов ячеек, чередуя их путем циклического изменения распределения потенциалов. Каждый раз после этого многократно передают введенные зарядовые пакеты в противоположных направлениях в пределах каждой ячейки, суммируя за много циклов передачи заряды потерь в потенциальных ямах и остатки первоначально введенных зарядов под теми фазовыми электродами, под которыеони были введены. Затем считывают информацию и по сигналам на выходном устройстве определяют локальные потери заряда поочередно для каждого из фазовых электродов любой из ячеек ПЗС. В качестве примеров осуществления предложенного способа приведены распределения потенциалов на фазовых электродах вдоль цепочки переноса в различные моменты времени и зависимости потенциалов на фазовых электродах от времени для специа потенциал электродов Ф, выше потенциалов остальных электродов, чтобы обеспечить сток эмиттировавших дырок в потенциаль ную яму под электродом Фз. Повышение потенциала Ф 1 и понижение потенциала Фз практически не влияет на перенос заряда в ПЗС-цепочке. Моменты 15, 1 р и 1 иллюстрируют возвращение зарядовых пакетов Я (величина О 1 =(;) р - Я ) под электроды Ф, и хранение зарядов потерь О под электродами Ф 5, Ход потенциала и расположение зарядовых пакетов в ПЗС-цепочке в моменттакие же, как и в момент 11, так что момент 1 характеризует начало следующе го цикла передачи зарядовых пакетов,(1,). После каждого цикла передачи зарядовый пакет Я 1 уменьшается на величину потерь в одном цикле, а заряд потерь О увеличивается на величину потерь в одйом цикле передачи зарядового пакета. Из фиг, 1 вид но, что при последовательном считывании заряда из ПЗС-цепочки на выходном устройстве последовательно чередуются сигналы 11 от зарядовых пакетов потерь Яд и Ц от остатков зарядовых пакетов Я , соответствующие разным ячейкам ПЗС-цепочки.Зависимость потенциалов Ч, - 7, на фазовых электродах Ф, - Ф 6 от времени, необходимая для передачи зарядовых пакетов и накопления потерь (как это показано на фиг. 1) показана на фиг, 2. Для пер вого цикла накопления потерь на фиг. 2 обозначены характерные моменты времени цикла 11 - 17, соответствующие моментам альной 6-фазной (фиг. 1 и 2) и обычной 4 фазной (фиг. 3 и 4) ПЗС-цепочек.На фиг. 1 показана последовательность во времени передачи зарядовых пакетов, разделения и накопления заряда потерь, соответствующих фазовому электроду Ф 1, на 6-фазной ПЗС цепочке с поверхностным р-каналом в течение одного цикла передачи зарядового пакета. Заштрихованы области потенциальных ям для дырок, где располагается передаваемый зарядовый пакет. Области потенциальных ям, где накапливается заряд потерь, не заштрихованы.Рассмотрим ход потенциала ч (х) и расположение зарядовых пакетов под электродами 6-фазной ПЗС-цепочки на фиг. 1 в различные моменты времени 1, - 17. В момент времени 11 зарядовые пакеты Цр, введенные в ПЗС-цепочку, находятся под электродами Ф, каждой ячейки. Потенциальные ямы под электродами Фз служат для накопления заряда потерь. Моменты времени 1 и 1 характеризуют изменение подэлектродных потенциалов при передаче зарядовых пакетов от электродов Ф 1 к электродам Ф 5 через электроды Фб. Момент времени т 4 характеризует процесс эмиссии дырок, захваченных из зарядового пакета (см. момент 1, ) на поверхностные (или приповерхностные) состояния под электродом Ф 1. Потенциал электродов Фз должен быть несколько ниже,5 1 О 15 20 25 11 - 1., описанным по фиг. 1. Первому циклу на фиг. 2 предшествует режим непрерывного переноса (ввод зарядовых пакетов Яр в ПЗС-цепочку). За последним (и-м) циклом накопления потерь следует режим считывания зарядов потерь Я 2 и остатков зарядовых пакетов Я 1. Режимы переноса и считывания характеризуются фазовым цериодом Тс. Длительности режимов переноса 1 п и считывания 1 определяются из условия 1 с(1 п)ЖТс, где К - число ячеек 6-фазной ПЗС-цепочки. Время эмиссии тр выбирается так, чтобы оно соответствовало времени эмиссии в режиме непрерывного переноса заряда в ПЗС на определенной тактовой частоте. Длительность цикла накопления Тн и число циклов накопления и выбираются, соответственно, в зависимости от времени и скорости генерации паразитно го (термогенерированного) заряда неосновных носителей. При низких температурах (или достаточно высоких частотах) число п может выбираться очень большим (и ) 10).Измерение локальных потерь на обычной 4-фазной цепочке иллюстрируется фиг. 3 и фиг. 4 аналогично тому, как это описано для 6-фазной ПЗС-цепочки. На фиг, 3 показан ход потенциала ч (х) и расположение зарядовых пакетов под электродами 4-фазной ПЗС-цепочки с поверхностным р-каналом в моменты времени 11 - 17 одного цикла накопления заряда потерь при измерении потерь над электродами Ф 1. Как видно из фиг. 3, для 4-фазной ПЗС-цепочки один зарядовый пакет вводится на две ячейки (ячейки обозначены на фиг. 3 Ф 1 - Ф. и Ф, - Ф 4, так, что единичной ячейкой при измерении локальных потерь является 8-электродная ячейка Ф 1 - Ф 4) под электроды Ф 1, а накопление заряда потерь происходит в потенциальной яме под электродом Ф 1. На фиг. 4 показаны зависимости потенциалов фазовых электродов Чр от времени для осуществления цикла накопления потерь в 4-фазной ПЗС-цепочке, как это показано на фиг. 3.Измерение потерь описано для электродов Ф однако, как видно из фиг. 1 - 4, используя циклическую перестановку электродов Ф, - Фр (или Ф, - Ф 4 для 4-фазной ПЗС-цепочки) при подключении фазовых напряжений, можно проводить измерение потерь на любом из фазовых электродов ПЗС- цепочки.Измерение локальных потерь можно также осуществить на ПЗС-цепочках со скрытым каналом (как п-канальных, так и р-канальных).Предлагаемый способ измерения потерь позволяет измерять потери при переносе заряда в ПЗС-цепочке в любой ячейке и от любого электрода каждой ячейки ПЗС и может быть использован для контроля качества ПЗС и технологии изготовления полупро 957136водниковых приборов и интеграЛьных схем, а также для оценки качества полупроводниковых материалов и исследования параметров центров захвата в локальных областях полупронодникового материала с повышенной концентрацией центров захвата.Формула изобретения1. Способ измерения потерь заряда в ПЗС, включающий введение зарядового пакета под один из фазовых электродов отдельных ячеек многоэлементного ПЗС и измерение параметра путем последовательной передачи зарядового пакета от элемента к элементу и считывания информации на выходе ПЗС, отличающийся тем, что, с целью измерения локальных потерь в любой из ячеек ПЗС, зарядовые пакеты вводят под одноименные фазовые электроды всех ячеек ПЗС, создают потенциальные ямы под другими одноименными электродами каждой ячейки соответствующим распределением потенциалов под фазовыми электродами и перед считыванием информации многократно передают зарядовые пакеты в противоположных направлениях в пределах каждой ячейки.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вводят зарядовые пакеты и создают потенциальные ямы под каждым из фазовых электродов ячеек путем циклического изменения распределения потенциалов. Источники информации, 15 принятые во внимание при экспертизе1. Секен К и Томпсет М. Приборы с переносом заряда, М., Мир, 1978, с. 110 -121 (прототип).Составитель ЮТехред А. ВойкТираж 717И Государственногоделам изобретенийосква, Ж - 35, РауПатент, г. Ужгор Брызс ком ите и откр шская н од, ул. едактор В. Данкоаказ 6592/34ВНИИПпо13035, Мфилиал ППП аловКорректор АПодписноеа СССРытийаб., д. 4/5Проектная, 4 зят