Устройство для измерения параметров мдп-структур

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МДП-СТРУКТУР, содержащее генератор синусоидального напряжения и источник смещения, подключённые соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход которого соединен с первой клеммой , для--подключения испытуемой структуры , вторая клеьфла для подключения испытуемой структуры соединена с входсм усилителя, между входом и выходом которого включен образцовый конденсатор , а первый вход блока регистрации соединен с выходом источника смещения , и управляемой делитель напря|жения , отличающееся тем что, с целью повышения)точности, оно снабжено вторым сумматором, блоком стабилизации, фазовращателем, коммутатором , синфазным фазочувствитель ным выпрямителем, при зтом.выход первого сумматора последовательно через делитель напряжения подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом усилителя И первым входом синфазного фазочувствительного выпрямителя, второй вход которого подключен к выходу (Л коммутатора,первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, а второй вход - с выходом фазовращателя , вход которого соединен с выхо . дом второго сумматора и с входом блока стабилизации,выход которого соединен с управляющим входом генератора сину- : соидального напряжения, второй вход блока регистрации соединен с выхо;йом синфазного фазочувс твительного ;ВЫпрямИ1 еля. . СП со

„.SU„„1100590

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ .

РЕСПУБЛИН

3(5B

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3536531/18-21 (22) 11.01.83 (46 ) 30 ° 06 ° 84. Вюл. В 24 . (72) С.Ш.Валтянский, B.Â. Зверева, С .А .Кузнецов, А .А .Мельников, Ю. П .Михеев, С.M.Ôåëüäáåðã и К.Н.Чернецов (71) Пензенский политехнический .институт и Пензенский филиал Всесоюзного научно-исследовательского технологического института приборостроения (53) 681 ° 382 ° 2(088 ° 8) (56) 1, Концевой Ю.A ., Кудин В.Д.

Методы контроля технологии производства полупроводниковых приборов, М., Энергия, 1973, с. 48.

2. Авторское свидетельство СССР

9 658508, кл. G 01 R 31/26, 1977. (54) (57) VCTPOACTBO ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МДП-СТРУКТУР, содержащее генератор синусоидального напряжения и источник смещения, подключенные соответственно к первому н второму входам первого сумматора, выход которого соединен с первой клеммой, для-.подключения испытуемой структуры, вторая клевейта для подключения испытуемой структуры соединена с входом усилителя, между входом и выходом которого включен образцовый койденсатор, а первый вход блока регистрации соединен с выходом источника смещения, и управляемый делитель напря жения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, :что, с целью повышения,точности, оно снабжено вторым сумматором, блоком стабилизации, фазовращателем, коммутатором, синфазным фазочувствитель" вым выпрямителем, при этом, выход первого сумматора последовательно через делитель напряжения подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом усилителя и первым входом синфазного фа зочувствительного выпрямителя, вто- Я рой вход которого подключен к выходу коммутатора, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, а второй вход - с выходом фазовращателя, вход которого соединен с выхо.дом второго сумматора и с входом блока Я стабилизации, выход которого соединен с управляющим входом генератора сину-: соидального напряжения, второй вход блока регистрации соедйнен с выходом синфазного фазочувствительного

:выпрямителя.

1100590

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для проведения экспресс-контроля качества и исследования структур металлдиэлектрик-полупроводник (МДП-струк- тур) в процессе производства интегральных схем на их основе.

Известно устройство для регистрации вольт-фарадяых характеристик

МДП-структур, представляемых одноэле ментной эквивалентной схемой замеще=) 10 ния, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник смещения, усилитель, к входу которого подключен образцовый резистор, а выход через выпрямитель соединен с 15 вертикальным входом самописца, горизонтальный вход которого подключен к источнику смещения. Объект измерения и образцовые сопротивления обраэуютемкостно-омический делитель для си- ;у нусоидального напряжения (.13, Недостатком известного устройства является низкая точность и ограниченные Функциональные возможности, определяемые упрощенным представлением .2

МДП-структуры в виде одной эквивалентной емкости.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник смещения, объект измерения, два усилителя, индикатор синфазности, управляемый. делитель напряжения, первый вход которого соединен с генератором синусоидального напряжения, сумматор,35 выход которого через объект измерения подключен к входу второго усилители, а первый вход соединен одновременно с источником смещения и:с горизонтальным входом самописца, вер-40 тикальный вход которого подключен к выходу выпрямитеЛя. Объект измерения и образцовое сопротивление образуют цепь обратной связи второго уснлителя. Для исключения влияния напряжения смещения на режим второго .Усилителя по постоянному току в схему включены Фильтр нижних частот, регулируемое сопротивление и инвертор 523 °

Недостатком указанного устройства является невысокая точность измерения®0 такого важнейшего параметра исследуемоЦ МДП-структуры, как емкость полупроводника из-за использования неточной электрической схемы замещения

МДП-структуры, состоящей иэ параллель55 но соединенных эквивалентной емкости структуры и сопротивления утечки, Кроме того, полученные значения параметров эквивалентной схемы являют- 60 ся абсолютными. Как известио, емкость диэлектрика, входящая в емкость структуры, прямо пропорциональна площади контакта, Нестабильность площади контакта приводит к .снижению точности из мзрений емкости структуры, что оссбенно сказывается в установках со сканирующим зондом, например, при контроле однородности МДП-структуры, Цель изобретения — повышение точности °

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения и источник смещения, подключенные соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход которого соединен с первой клеммой для подключения испытуемой структуры, вторая клемма для подключения испытуемой структуры соединена с входом усилителя, между входом и выходом которо=

ro включен образцовый конденсатор, а первый вход блока регистрации соединен с выходом источника смещения, и управляеьщй делитель напряжения, введены второй сумматор, блок стабилизации, фазовращатель,„ коммутатор, синфазный Фазочувствительный выпрямитель, при этом выход первого сумматора последовательно через делитель напряжения подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом уси"лителя и с первым входом синфазного

Фазочувствительного выпрямителя, второй вход которого подключен к выходу коммутатора, первый которого соединен с. выходом второго сумматора, а второй вход - c выходом Фазовращателя, вход которого соединен с выходом вто.рого сумматора и с входом блока стабилизации, выход которого соединен с управляющим входом генератора синусоидальногь напряжения, второй вход блоха регистрации .соединен с выходом сиифазного фаэочуватвительного выпрямителя.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство для измерения параметров )Цф-структур содержит генератор

1 синусоидальиого напряжения и источник 2 смещения, подключенные соответственно к первому и второму входам первого сумматора 3, выход которого соединен с первой клеммой 4 для подключения испытуемой структуры, вторая

5 клемма для подключения испытуемой структуры соединена с входом усилителя б, между входом и выходом которого включен образцовый конденсатор

"7, а первый вход блока регистрации 8 .(самописца) соединен с выходом источника 2 смещения, и управляеьый дели- . тель 9 .напряжения, выполненный регулируемим второй сумматор 10, блок

ll стабилизации, фазовращатель 12, коммутатор 13, синфазный Фазочувстви тельный выпрямитель 14,при этом выход; первого сумматора 3 последовательно через делитель 9 напряжения подключен к первому входу второго сумматора

1100590

Изменяя коэффициент передачи К регулируемого делителя нацряжения 9, добйваются нулевого сигнала б на выю ходе сумматора 10. Момент достижения равновесия фиксируется с помощью фазочувствительного выпрямителя, подключенного к выходу сумматора 10, который определяет изменение фазы напряжения на противоположную 0 по отношению к напряжению U синфазному согласно (1) с напряжейием По, Значение К „,удовлетворяющего состоянию равновесия, определяют, приравнивая правую часть выражения (4) кулю, от куда получают

К

С

С (5) После вывода МДП-структуры из режима аккумуляции напряжение на выходе усилителя б определяется выражением

С 1w Со

+ .«

С; а+ >и с

U ь (6) С;

U = U — --ьП ь C o о (8)

В э том случае н апряжение, Й определяется выражением

Uqo П6 + (2) U = U (-- + - — --) С . Gp б 1о С; )шс (l0) Напряжение 09 связано с входным. 55 . напряжением 06 через коэффициент передачи К регулируемого делителя напряжения 9, т.е.

Фаэочувствительный выпрямитель 14 определяет только синфаэную составляющую поступающего на его вход напряжения, опорным сигналом для него служит напряжение U (3) я) (1) и (3) в (2), U9 = KU0

Подставляя выражение получают (4)

При подключении с помощью коммутатора 13 Фазочувствительного выпря ю о(К

С

Со

10, второй вход которого соединен с выходом усилителя 6 и с первым входом синфаэного .Фазочувствительного выпрямителя 14, второй вход которого подключен к выходу коммутатора 13, пер- вый вход которого соединен с выходом 5 второго сумматора 10, а второй входс выходом фазовращателя 12, вход которого соединен с выходом второго сумматора 10 и с входОм блока 11 стабилизации, выход которого соединен с 1О управляющим входом генератора 1 синусоидального напряжения, второй вход блока 8 регистрации соединен с выходом синфазного фаэочувствительноговыпрямителя 14. 15

Эквивалентная схема исследуемой

МДП-структуры представлет собой последовательное соединение емкости изолятора 15(C, ) с параллельно соединенными емкостью полупроводника 16 (Cp). и проводимостью полупровдника 17(6 ) .20

Устройство работает следующим об разом, Исследуемую МДП-структуру пощслючают к клемиам 4 и 5. К ней приклады-. вается через су .атор 3 су,а напря- 25 жения смещения U от источника 2 и синусоидального напряжения требуемой частоты (тест-сигнал U ) от генератоо ра 1.

В начальный момент времени на исследуемую структуру подается такое напряжение (положительное для структуры и-типа и отрицательное для структуры р-типа), которое вводит МдПструктуру в режим сильного обогащения35 (режим аккумуляции). В этом режиме коэффициент передачи МДП-структуры определяется только емкостью изолятора 15(С,), так как падение напряже-. ния на полупроводниковой части прак- 4() тически равно нулю д,, c, = 0.

В этом случае выходное напряжение усилителя б равно

П U 2.

С (1)

С о., 45 На вход сумматора 10 поступает напряжение П4 с выхода усилителя 6 и напряжение U9 с выхода регулируемого делителя напряжения 9. Выходное напряжение сумматора 10 определяется 50 выражением

Введение блока стабализации 11 позволяет изменять напряжение генератора

1 таким образом, что при изменении параметров МДП-структуры от прикладываемого напряжения смещение напряжение Й на выходе сумматора 10 остается постоянным. В этом случае напряжение О, является опорным. Иэ (2) получают (31о 09 (7)

Подставляя значение U из (3) с учетом (5 ) получают

Определяя из (6) значения U u подставляя полученное выражение в (8) получают

6, о 6 ()mС. р +3 Ñð

1100590

Составитель Т.Иванова

Редактор Л.Веселовская Техред Ж. Кастелевич Корректор JI.Пилипенко

Заказ .4577/36........ Тираж.711 ..

ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мителя к.выходу сумматора 10 напряжение на его выходе

5 ,ПЛ® @радедения квадратурной составлякяаей Наафяжения U фаэочувствительный еынрямжтель 14 подключают к выходу сумматора 10 через фазовращатель, алеющий коэффициент передачи, (О пропорциональный J реализованный, Например, на базе днффереицирующего усилителя.В этом случае фазочувствительный выпрямитель выделяет квадратурную составляющую напряжения бь,т.е 5

Напряжение с выхода фазочувстви- 20 .тельного выпрямителя 14 постуПает на вертикальный вход самописца 8, напряжение смещения, прикладываемое к исследуемой структуре, поступает на горизонтальный вход самописца 8, Самописец регистрирует зависимости приведенных значений емкости или ripoводимости полупроводниковой части

NHG-структуры в функции от приложейного к ИДП-структуре напряжения смещения. дополнительно по значению коэффициента передачи регулируемого делителя напряжения, реализованного, .Например, на базе потенциометра, от-, Считывают в соответствии с (5) значение емкости изолятора 15(C ), Таким образом, предпагаемое устройство позволяет регистрировать значения емкости и .проводимости полупроводниковой части в нормированном виде,. т.е. отнесенными к емкости изолятора данного образца.

Повышение точности измерения .

:вольт-фарадных характеристик по сравнению с прототипом повысит качество корректировки текпроцесса и за счет этого увеличится процент выхода годных БИС