Способ определения поверхностной подвижности носителей тока в полупроводниках

 

Сущность изобретения: формируют тестовую структуру из МДП-транзистора и МДП-конденсатора. Подключают затвор МДП-ко1.денсатора к стоку МДП-транзистора . Подключают диффузионную область МДП-конденсатора к общей точке. Подают с двух синхронных генераторов прямоугольные импульсы на затвор и исток МДП-транзистора . Измеряют скорость разряда МДП-конденсэтора. Рассчитывают поверхностную подвижность носителей тока. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! I) (я)5 Н 01 L 21/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4838704/25 (22) 22.05.90 (46) 23.10.92. Бюл. М 39 (71) Московский институт электронного машиностроения (72) Э. P. Караханян (56) Смит P. Полупроводники, M.: Мир, 1982, с. 264, Wu С. Y., 0ain Y, W. An accurate mobility

model for the 1 — V characteristics of n-channel

enhancementmode M0S FET S with single—

channel 1еогоп impl amtation. Solid — State

Electronics, v. 28, N. 12, р. 1271-1278.

Изобретение относится к интегральной технологии, в частности к проблемам конструирования компонентов МДП БИС, к задачам идентификации параметров приборов.

Известен способ определения подвижности электронов и дырок в полупроводниках, основанныи на измерении времени перемещения неосновных носителей в полупроводниковом тонком стержне — образце п()д действием электрического поля, направленного вдоль оси образца. Однако этот способ не позволяет измерять поверхностную подвижность.

Наиболее близким к изобретению является способ определения поверхностной подвижности, включающий измерение проходной характеристики МДП-транзистора, расчет малосигнальной проводимости канала, порогового напряжения, измерение удельной емкости затворного окисла. расчет подвижности. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПОДВИЖНОСТИ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ (57) Сущность изобретения: формируют тестовую структуру из МДП-транзистора и

МДП-конденсатора. Подключают затвор

МДП-конденсатора к стоку МДП-транзистора. Подключают диффузионную область

МДП-.конденсатора к общей точке, Подают с двух синхронных генераторов прямоугольные импульсы на затвор и исток МДП-транзистора. Иэмеряют скорость разряда

МДП-конденсатора. Рассчитывают поверхностную подвижность носителей тока. 2 ил.

Данный способ является многоступенчатым процессом и требует по крайней мере четырех измерений двух отдельных тестовых структур; погрешность расчет;. определяется суммой погрешностей определения проводимости канала. удельной емкости подзатворного окисла.

Цель изобретения — повышение точности измерения, Указанная цель достигается тем, что в способе определения поверхностной подвижности носителей тока в полупроводниках, включающем измерение параметров тестовой структуры, содержащей МДПтранзистор и МДП-конденсатор,: расчеповерхностей подвижности, затвор МДПконденсатора подключают к стоку МДПтранзистора, диффузионную область

МДП-конденса1ора подключают к гочке с нулевым потенциалом. подают от слух синхронизированных генераторов им1ульсы. например, пряыоугольной формы на затвор

1771005

К р Со ит

С-СоЖ4. — и, (Еэ — Unop) 20 откуда р V. (Ea Опор) tn = (7 — 10) базар, и исток МДП-транзистор". при этом нижний уровень напряжения на затворе и верхний уровень напряжения на истоке устанавливают в диапазоне от Unop+ 0,1  до Опор+1,0 В. верхний уровень напряжения на затворе устанавливают соответствующим ненасыщенному режиму МДП-транзистора. нижний уровень. напряжения на истоке устанавливают равным нулю, причем длительность импульсов выбирают в диапазоне (7 — 10) r3àp, а длительность паузы между импульсами выбирают в диапазоне {1-10) Tpg3p измеряют релаксационную временную зависимость напряжения на затворе МДП-конденстора, по которой определяют скорость его разряда, и рассчитывают поверхностную подвижность носителей тока по формуле где Щ/т 1 т Щк 1 к шиРина и длина канала

МДП-транзистора и МДП-конденсатора соответственно: E3 — нижний уровень напряжения на затворе; Опор пороговое напря>кение; и - скорость разряда МДПконденсатора.

На фиг. 1 показана схема включения . МДП-конденсатора и МДП-транзистора; на фиг. 2 — временные диаграммы, Затвор МДП.-конденсатора подключен к стоку МДП-транзистора; диффузионная область, служащая второй обкладкой МДПконденсатора, подключена к точке с нулевым потенциалом. На затвор и исток

МДП-транзистора подают импульсное напряжение от двух синхронизированных генераторов. В промежутке между импульсами на затворе МДП-транзистора действует напряжение Еэ.

С момента времени tt на обоих входах .Ф t и Ф2 действуют импульсы напряжения и

МДП-конденсатор заряжается до напряжениЯ Еф1, если Еф2> Еф1+Опор (обеспечивается работа МДП-транзистора в режиме насыщения). В момент t=t2 импульсы исчезают. на затворе МДП-транзистора дейс"вует напряжение Еэ и МДП-конденсатор разря>кается током I= К(Еэ - Unop) МДПтранзистора, находящегося в насыщенном режиме, пока напря>кение Бвых на МДП-конденсаторе удовлетворяет условию

Овых Еэ — Опор, Так как

d UBblx l/Ñ

d t то скорость разряда конденсатора емкостью С

О Овых К Еэ Uno

dt C

Удельная крутизна МДП-транзистора с

5 шириной и длиной канала соответственно ичт 1-т

10 а емкость МДП-конденсатора с удельной емкостью Со и площадь $-ЩЬ

Следовательно, скорость разряда МДП. конденсатора

d Овых 1 т и — (Ез — Опор) ф .

Из полученного выражения для,и видно, что имеет место линейная зависимость между скоростью разряда конденсатора и

30 подвижностью нОсителей тоха в канале

МДП-транзистора, Длительность импульса должна быть достаточной для заряда МДП-конденсатора емкостью С через МДП-транзистор с удель35 ной крутизной К: где

K (Еф2 — Опор) Длительность паузы определяе ся про45 должительностью насыщенного режима:

tn = (1 — 10) трээр, где

50 РээР К (Еэ Uпор) Пример реализации способа определения подвижности с использованием тестовой структуры, содержащей

55 МДП-транзистор и МДП-конденсатор с параметрами 64= 1т= Р4= 4<= 40мкм, С=1 пФ, Vnop=1 В.

В тестовой структуре затвор МДП-конденсатора подключают к стоку МДП-тран1771005

15

tn - 10 эзар.

tn2 7разр.

40 зистора, диффузионную область МДП-конденсатора — к общей точке, затвор и исток

МДП-транзистора — к синхронизированным генераторам импульсов.

Задают нижний уровень импульсного напряжения на затворе МДП-транзистора

Ез-1,5 B. Тем самым выполняется условие

Ез=0пор+(О, 1... 1) В.

Выбирают Еф1=Ез=1,5 В, при этом МДПтранзистор будет разряжаться постоянным . током в достаточном для измерения диапазоне Еф1 — (Ез — Un

Еф2=3 В, при этом МДП-транзистор работаЕт В НЕНаСЫЩЕННОМ РЕЖИМЕ (E$2>Ea+Unop).

Определяют длительность импульса.tn, достаточную для заряда МДП-конденсатора до напряжения Еф:

Для С = 1 пФ, К =20 мкА/В, Еф=3 В, Опор 1 В расчет дает to=0,25 мкс.

Определяют длительность паузы tn no формуле

Расчетдаеттразр = 0,1 мкс;

tn= 2 разр = 0.2 MKC

Измеряют релаксационную временную зависимость напряжения на затворе МДПконденсатора, по которой определяют скоростьегоразряда(вданномслучае ч=5 10 В/с), 6 и рассчитывают поверхностную подвижность носителей тока по формуле,И. (Ел Unор)

2 40. 10 .5.106 (1,5 — 1.0)

=640см2 В с

Таким образом, в отличие от прототипа, предлагаемый способ определения подвижности исключает измерение емкости МДПконденсатора, требует одного акта измерения, повышает точность измерения.

Технико-экономический эффект предлагаемого способа состоит.в том, 4Т0 оператор на этапе промежуточного контроля может прогнозироватъ быстродействие создаваемых БИС.

Формула изобретения

Способ определения поверхностной подвижности носителей тока в полупроводниках, включающий измерение параметров тестовой структуры, содержащей МДПтранзистор и МДП-конденсатор, и расчет поверхностной подвижности, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения точности .измерения, затвор МДП-конденсатора подключают к стоку МДП-транзистора, диффузионную область МДП-конденсатора подключают к общей точке, подают от двух синхронных генераторов импульсы прямоугольной формы на затвор и исток МДПтранзистора, при этом нижний уровень напряжения на затворе и верхний уровень напряжения на истоке устанавливают в диапазоне от Опор+0,1В до Unop+1B, а верхний уровень напряжений на затворе — соответствующим ненасыщенному режиму работы

МДП-транзистора, нижний уровень напряжения на истоке устанавливают равным нулю, причем длительность импульсов выбирают в диапазоне (7-10) эзар, длительность паузы между импульсами выбирают в диапазоне (1-10) тразр, измеряют. релаксационную временную зависимость напряжения на затворе МДП-конденсатора, по которой определяют скорость его разряда, и рассчитывают поверхностную подвижность носителей тока по формуле

«2 wi 4b

/4 ч, (Ез Un op) где Nf>, Lò, М4, Lg — ширина и длина канала

МДП-транзистора и МДП-конденсатора соответственно; Ез — нижний уровень напряжения на затворе; Unop пороговое напряжение; v — скорость разряда МДПконденсатора: эзар — постоянна я заряда

МДП-конденсатора; тразр — постоянная разряда МДП-конденсатора.

1771005

Составитель Э,Караханян

Техред М. Моргентал Корректор О.Юрковецкая

Редактор Г.Бельская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, yn,Гагарина. 101

Заказ:3745 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного-комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., 4/5