Способ контроля профиля примеси во встроенном канале мдп - транзистора

 

Сущность изобретения: определяют в режиме полного обеднения канала зависимость канального потенциала от потенциала подложки. Профиль примеси находят по величине и положению экстремума. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических, «» 1 777 1 8д А 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

, ОО

ГОСУДАРСТВ Е ННОЕ ПАТЕ HTHOE

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) : (21) 4823934/25 .(22) 07.05.90

; (46) 23.11.92. Бюл, N" 43 (71) Киевский научно-исследовательский институт микроприборов (72) А.H.Òèòoâ и lO.Р,Андрияшик (56) C.Зи, физика полупроводниковых приборов. М,: Мир, 1984, кн. 1, с. 260-262, Marciniak N,, Madura H. Biul.

Ъо1э1«оче1 akad, techniczn. im .1,Dab rowskiego, 1981, R. XXX, nr, II(351), р. 81-89.

Изобретение относится к измере-! ниям параметров полупроводниковых приборов.

Известен способ измерения распределения примеси в полупроводниках, основанный на снятии С-V-зависимости обедненного слоя, с последующим рассчетом по ней профиля примеси.

Однако данный способ не применим к МДП-структурам иэ-за накопления неосновных носителей заряда и не обеспечивает 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-транзисторах со встроенным каналом, основанный на измерении зависимости порогового напряжения транзистора (я)з Н 01 Ь 21/66 C- 01 R 31/26 (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОФИЛЯ ПРИМЕСИ, ВО ВСТРОЕННОМ КАНАЛЕ МДП-ТРАН3ИСТОРА

: (57) Сущность изобретения: определяют в режиме полного обеднения канала зависимость канального потенциала от потенциала подложки. Про. филь примеси находят по величине и положению экстремума ° 1 ил, от напряжения на подложке и последующем определении концентрации примеси и глубины канала в соответствии с формулой !

Nh Ир 2 а U (й,+й,) Us NA+Nz < (тв вэ ) где U — пороговое напряжение МЛП транзистора1

U — разность потенциалов межд бв подложкой и истоком, N - концентрация акцепторной примеси в подложке, N - усредненная концентрация донорной примеси в канале, Я - диэлектрическая проницаемость полупроводника, в - контактная разность потенци-. алов на р-п-переходе, 1 -3 Е9 (-- + -— -- )» »C>« с, с., * >«х;

17771

К ох с ох р ° где Х вЂ” глубина канала, - толщина подзатворного ди5 электрика, Е - диэлектрическая проницаемость подзатворного диэлектрика, - заряд электрона, Недостатком этого способа является то, что он принципиально не позволяет получить профиль легирования канала, так как заранее предполагается, что примесь распределена однородно, Целью изобретения является осуществление возможности измерения распределения примеси по глубине канала вплоть до диэлектрического слоя зат- ц» вора.

Указанная цель достигается тем, что в способе измеряют зависимость максимального значения потенциала канала в режиме полного обеднения от 25 потенциала подложки при постоянном потенциале затвора, а расчет профиля примеси проводят по формулам а „-г (Хм + --- W)2 = — -- (- — — ) х 30

Я" NÀ dVM х 2 g (О)-P + "- — у -- (- — ) ., А = >г d sa

Sb Ь Я dvyх д)

N (Хм) = -NA = 35

d „

«dfM

1 — 9 (Х + — — W)2

НА E g юг У

6 ОХ YM 40 где Х вЂ” расстояние от границы разде"

IN ла окисел - кремний в глубину канала, PM(X ) - максимальное значение потенциала в канале в точке Х„; (О) — потенциал подложки, при ко" тором Х„=О; (" †-) " производная от потенциаd Vss д<фм м0 ла подложки по канальному 50 потенциалу s точке, когда

Хм=о

ИЪвестно, что в транзисторах сп встроенным каналом с момента наступления полного обеднения потенциал ка" 55 нала определяется потенциалами подложки и затвора, С другой стороны, зна ание потенциала канала и положетолщины 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 которо" 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 "резкой границы области обеднения", положенного 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 Хтекущая координата, изменяющаяся от

0 на границе раздела диэлектрикполупроводник до своего значения вглубь структуры, а (- текущее зна" чение потенциала, можно записать:

- для слоя диэлектрика: -W< Х < О, W — толщина диэлектрика!

d2(P

О Хг причем при Х = -И (f= V

I -" — - 1 аХ dX „, — 1, где V — потенциал затвора; Vfg " напряжение плоских зон, Если.N стремится к 0 слева (Х-эО-), то — - = — 1 а (p =9 йЧ W

dX dX

- для слоя полупроводника и-типа

o» x x, где Х - глубина канала.

Д2Ч Р(Х) йхг Ь; причем, если Х стремится (Х-+ О+); то - ах jaxJ

Если Х = Х, (f = tf и -

3 3 dx к 0 справа э 9=Ч5 ° (dgJ

Здесь:

89

4 ние экстремума на потенциальной кривой зависят от конструктивно-техно" .логических характеристик транзистора:

17771Р9 р <х) =ахх<х) = ° (х <х) -хд1, где q — заряд электрона, 4 х

Ев- диэлектрическая проницаемость dg полупроводника, dX иЦ)=(, а при X=Х

= О и (> = (Ц 8, где(> ожки (Х) = -qN

N (Х) — разность концентраций доноров потенциал подл

Д и акцепторов в канале тран- Решая записанные уравнения с их зистора; 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 C — — J = (— -1 где ох обеднения р-и-перехода со диэлектрическая проницаемость подзатстороны подложки: ворного диэлектрика, и условие экстре629) . P (Х)

15 ах :. мума --- = О, можно получить

L dX х=Хм с граничными условиями при Х = Х . .следующие уравнения

Q = Ч + И†(N (Х )dX - — N (X)dX + - - „ XN (X)dX о о

S o

Ь <г..

Ep - v + х — JN <х )d»- х- 1х <х> )х+ — ) х <х)ах+ — — >хм

;о 5 о х 5

25

<х + w) = — — <-х — > (2(p <о) S в <х < 66

Kq>< сф, с Юм

6 м-Ч< ) +Ь(Я„-Ч )+с +H - Ч =О где а, Ь и с — некоторые константы.

Р этом состоянии очевидно, что

d Qss (dVgB

--"- = -2a((pM-V )-Ь, т„е, — — — ли- м 3 дЧм нейно зависит от у и

dß â

Ч y х

const, Используя эти соображения, можно определить (††)Х и (в(С), <Я в й(4м Х Ах =О

55

»р

Я

Здесь Х < - координата, в которой потенциал приобретает экстремальное значение,, - экстремальное значение потенциала.

Продифференцировав дважды по ()4< каждое из уравнений системы, получают выражение для расчета концентрации примеси в точке Х4.

dQgB

dч)м

П(М) 4 Я4 Е Дг(ф

1 «94(Х + у) г в ох < 4<

Продифференцировав первое из уравнеНИй СИСТЕМЫ ПО Ч)4< И ПОДСтаВиВ ВМЕСто И (Х ) ее значение, получают после соответствующих преобразований обыкновенное дифференциальное уравнение первого порядка,. решая которое, находят выражение для Хм.

qN 4 Ks M dц) se, Я = . ()г

Fcx) д Юм

Здесь ((О) - потенциал подложки, бB при котором потенциал канала принимает свое экстремальное значение в точке, расположенной на границе раздела диэлектрик - полупроводник, а (— - — ) — значение производdЧ в

d 4м Хм=о ной по 9м в этой точке„

Из системы уравнений видно, что когда X 44 = О, то 4)M = V, Поэтому (практически ((О) и (— — -)

dVss

SB d Ум ХмО определяются на зависимости TB(Ф <) при Ч = const в точке, когда Y = Ч1<.

30 Пример Для расчета профиля примеси необходимо использовать зависимость канального потенциала от потенциала подложки, измеренную при постоянном напряжении на затворе в, режиме полного обеднения канала, Га35 кая зависимость представлена на чертеже, При этом следует иметь в виду, что в зависимости от соотношения между потенциалами затвора и подложки исследуемая структура может находить40 ся в трех состояниях. При больших отрицательных напряжениях на подложке распределение потенциала в канале имеет вид монотонной функции, Р этом случае экстремальное значение по45 тенциала будет на границе полупро" водник -диэлектрик, т,е, Щц ††(, и между (,„, V и (2 выполняется соот" ношение

1777189 т.е. точку А на кривой зависимости

"Щ Щм), когДа (фм= Ч (ХМ=О), . сМ.чеРтеж, и аналогичную точку на кривой

d Vsa зависимости — — — = f-((p ), Увеличеdvhh м ние потенциала подложки приводит к тому, что на кривой распределения потенциала в канале возникает экстремум, положение и величина которого 10 определяются профилем примеси, Таким образом, дифференцируя зависимость (((() .на, участке от А до В пофм „

ПОЛучаюТ завИсИмосТь 1 ОТ (/м И

d Ю в (1 м

Д2 Qg и — ---- от И что позволяет onД (z тм ределить зависимость N>(X+), Дальнейшее увеличенйе потенциала пОдлОжки приводит к тОму, чтО В прМ щ поверхностной области кремния поступает инверсия типа проводимости.

Р этом случае (, --(д, и связь между

Ц„, и g) может быть выражена линейной зависимостью ® = (1) + d, где d- 25 константа. Наступление ййверсии ограничивает глубину слоя, в котором может быть рассчитана зависимость

И (Х„).

Формула изобретения

Способ контроля профиля примеси во встроенном канале ИДП-транзистора, основанный на измерении зависимости потенциала истока от потенциалов зат- З 5

1 Ъ ь л м 4 Рд, с1 4 м

1 - л — (Х + ---M)

«ф в (М

<х — -и> = — -(— — ) 2 ((р (о>Я Я Д(„1 -.2 м ох q И4 dgy аИ4Е S Ю йЬь (58 . Т *,, Eo„d(ff х=о где Х вЂ” координата точки, отсчитан" ная от диэлектрического слоя затвора в глубину канала, в которой определяется концентрация примеси N (X );

N4 — концентрация примеси в подложке, Ях и fд„ - диэлектрические прони" цаемости полупроводника и диэлектрика толщиной М; Q (X ) — значение потенциала в канале в точке Х ; () 8потенциал подложки; q - заряд электрона, (фс (0) - потенциал подложки, ко)-да X = О. вора и подложки с последующим расЧетом, отличающийся тем, что, с целью осуществления возможности измерения распределения примеси по глубине канала вплоть до диэлектрического слоя затвора, измеряют зависимость максимального значения потенциала канала в режиме полного обеднения от потенциала подложки при noc"" тоянном потенциале затвора, а расчет профиля примеси проводят по формулам

1777189

Составитель Л,Зотов

Редактор Г.Бельская Техред И,Моргентал Корректор 3.Лончакова

Заказ 4125 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина,101