Электрофизические методы исследования МДП-структур. Бормонтов Е.Н. - 16 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

16
РАБОТА 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКА
МЕТОДОМ НЕРАВНОВЕСНЫХ ВОЛЬТ -ФАРАДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Профиль распределения концентрации электрически активных дефектов и
примесей по толщине полупроводниковой подложки и, как следствие , профиль
концентрации свободных носителей заряда - исключительно важный параметр
при создании современных полупроводниковых приборов. Существует много
методов определения профиля легирования полупроводника , такие как: метод
послойного стравливания, масс-спектрометрии, метод радиоактивных изотопов и
оже-спектроскопии, метод сопротивления растекания и вольт - фарадный метод.
Наибольшее распространение получил вольт - фарадный метод, сочетающий в себе
хорошие метрологические показатели , высокое разрешение по координате ,
производительность и неразрушающее воздействие на контролируемый объект.
Метод базируется на обработке экспериментально снятых неравновесных вольт -
фарадных характеристик (ВФХ) МДП-структур или структур с контактом
Шоттки. Предпочтительно использовать МДП-структуру, так как большая
контактная разность потенциалов между электродом барьера Шоттки и
полупроводником существенно ограничивает возможности анализа профиля в
таких структурах. Например, для барьера Шоттки на арсениде галлия в
большинстве случаев контактный потенциал по абсолютной величине равен или
превышает 0,8 В . Поэтому, чтобы измерять концентрацию носителей вблизи
поверхности , необходимо подавать смещение на барьер Шоттки в прямом
направлении, что ухудшает добротность. Использование же изолированного
затвора МДП-структуры при учёте и исключении некоторых ограничивающих
факторов позволяет определить профиль легирования вплоть до границы раздела .
Другим преимуществом является возможность измерения профиля носителей
заряда при более высокой их концентрации.
1. Теоретические основы вольт-фарадного метода
В основе теории вольт - фарадного метода лежит приближение обеднённого
слоя Шоттки со следующими допущениями :
1) исследуемая структура сформирована в полупроводнике , легированном
однозарядными примесями , в котором соблюдается условие локальной
электронейтральности и концентрация свободных носителей n
0
(x) равна
концентрации ионизованных примесных атомов N(x) = N
d
(x) - N
a
(x);
2) предполагается отсутствие в обеднённом слое свободных носителей заряда
и наличие резкой границы между обеднённым поверхностным слоем и
электронейтральным объёмом полупроводника .
Экспериментально метод базируется на измерении неравновесных
высокочастотных (ВЧ) ВФХ МДП-структур в области обеднение - глубокое
обеднение . Это обеспечивается фиксацией ВЧ ёмкости в начальные моменты
приложения импульсов соответствующей полярности . В простейшем варианте
                                 Р А БО Т А № 2
   О ПР Е ДЕ Л Е НИ Е ПР О Ф И Л Я Л Е Г И Р О ВА НИ Я ПО Л У ПР О ВО ДНИ К А
М Е Т О ДО М НЕ Р А ВНО ВЕ СНЫ Х ВО Л ЬТ -Ф А Р А ДНЫ Х Х А Р А К Т Е Р И СТ И К
                                 Т Е О Р Е Т И ЧЕ СК А Я ЧА СТ Ь
        П р о ф и льр а спр е де ле ни я ко нце нтр а ци и эле ктр и че ски а кти вны х де ф е кто в и
пр и ме се й по то лщ и не по лупр о во дни ко во й по дло ж ки и , ка к сле дстви е , пр о ф и ль
ко нце нтр а ци и сво б о дны х но си те ле й за р яда - и склю чи те льно ва ж ны й па р а ме тр
пр и со зда ни и со вр е ме нны х по лупр о во дни ко вы х пр и б о р о в. Сущ е ствуе т мно го
ме то до в о пр е де ле ни я пр о ф и ля ле ги р о ва ни я по лупр о во дни ка , та ки е ка к: ме то д
по сло йно го стр а вли ва ни я, ма сс-спе ктр о ме тр и и , ме то д р а ди о а кти вны х и зо то по в и
о ж е -спе ктр о ско пи и , ме то д со пр о ти вле ни я р а сте ка ни я и во льт-ф а р а дны й ме то д.
Н а и б о льш е е р а спр о стр а не ни е по лучи л во льт-ф а р а дны й ме то д, со че та ю щ и й в се б е
х о р о ш и е ме тр о ло ги че ски е по ка за те ли , вы со ко е р а зр е ш е ни е по ко о р ди на те ,
пр о и зво ди те льно стьи не р а зр уш а ю щ е е во зде йстви е на ко нтр о ли р уе мы й о б ъе кт.
М е то д б а зи р уе тся на о б р а б о тке экспе р и ме нта льно сняты х не р а вно ве сны х во льт-
ф а р а дны х х а р а кте р и сти к (В Ф Х ) М Д П -стр уктур и ли стр уктур с ко нта кто м
Ш о ттки . П р е дпо чти те льно и спо льзо ва ть М Д П -стр уктур у, та к ка к б о льш а я
ко нта ктна я р а зно сть по те нци а ло в ме ж ду эле ктр о до м б а р ьер а Ш о ттки и
по лупр о во дни ко м сущ е стве нно о гр а ни чи ва е т во змо ж но сти а на ли за пр о ф и ля в
та ки х стр уктур а х . Н а пр и ме р , для б а р ьер а Ш о ттки на а р се ни де га лли я в
б о льш и нстве случа е в ко нта ктны й по те нци а л по а б со лю тно й ве ли чи не р а ве н и ли
пр е вы ш а е т 0,8 В . П о это му, что б ы и зме р ять ко нце нтр а ци ю но си те ле й вб ли зи
по ве р х но сти , не о б х о ди мо по да ва ть сме щ е ни е на б а р ьер Ш о ттки в пр ямо м
на пр а вле ни и , что ух удш а е т до б р о тно сть. И спо льзо ва ни е ж е и зо ли р о ва нно го
за тво р а М Д П -стр уктур ы пр и учёте и и склю че ни и не ко то р ы х о гр а ни чи ва ю щ и х
ф а кто р о в по зво ляе то пр е де ли тьпр о ф и льле ги р о ва ни я впло тьдо гр а ни цы р а зде ла .
Д р уги м пр е и мущ е ство м являе тся во змо ж но сть и зме р е ни я пр о ф и ля но си те ле й
за р яда пр и б о ле е вы со ко й и х ко нце нтр а ци и .
                  1. Т еорети ческ и е осн овы вол ьт-ф арадн ого м етода
       В о сно ве те о р и и во льт-ф а р а дно го ме то да ле ж и т пр и б ли ж е ни е о б е днённо го
сло я Ш о ттки со сле дую щ и ми до пущ е ни ями :
       1) и ссле дуе ма я стр уктур а сф о р ми р о ва на в по лупр о во дни ке , ле ги р о ва нно м
о дно за р ядны ми пр и ме сями , в ко то р о м со б лю да е тся усло ви е ло ка льно й
эле ктр о не йтр а льно сти и ко нце нтр а ци я сво б о дны х но си те ле й n0(x) р а вна
ко нце нтр а ци и и о ни зо ва нны х пр и ме сны х а то мо в N(x) = Nd (x) - Na (x);
       2) пр е дпо ла га е тся о тсутстви е в о б е днённо м сло е сво б о дны х но си те ле й за р яда
и на ли чи е р е зко й гр а ни цы ме ж ду о б е днённы м по ве р х но стны м сло е м и
эле ктр о не йтр а льны м о б ъёмо м по лупр о во дни ка .
       Э кспе р и ме нта льно ме то д б а зи р уе тся на и зме р е ни и не р а вно ве сны х
вы со ко ча сто тны х (В Ч ) В Ф Х М Д П -стр уктур в о б ла сти о б е дне ни е - глуб о ко е
о б е дне ни е . Э то о б е спе чи ва е тся ф и кса ци е й В Ч ёмко сти в на ча льны е мо ме нты
пр и ло ж е ни я и мпульсо в со о тве тствую щ е й по ляр но сти . В пр о сте йш е м ва р и а нте

                                                   16