Тестовая мдп структура

 

ТЕСТОВАЯ ОДП-СТРУКТУРА, включающая, высокопроводящий управляfl ющий электрод, слой диэлектрика и полупроводниковый кристалл, отличающаяся тем, что, с целью определения полного заряда в слое диэлектрика, мазкду слоем диэлектрика и управляющим электродом структура содержит слаболегированный слой полупроводника с концентрацией примеси 5- 10 и толщиной d, удовлетворяющей соотношению: d

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) "(51) 4 Н 01 L 29/76

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

d= (1-10) У, Via (21) 2959051/18-25 (22) 10.07.80 (46) 30.10.86. Вюл. К 40 (72) a.Sr.урицкий (53) 621 382 (088.8) (56) Полевые транзисторы, Физика, технология и применение. Пер. с., ан1 л./Под ред. С .А. Майорова. М., "Сов.радио", 1971, с. 98-100.

Свойства МДП-структур./Под ред.

А.В.Ржанова, М. "Наука", 1976, с. 63-65. (54)(57) ТЕСТОВАЯ МПП-:СТРУКТУРА, включающая. высокопроводящий управляющий электрод, слой диэлектрика и полупроводниковый кристалл, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью определения полного заряда в слое диэлектрика, между слоем диэлектрика и .управляющим электродом структура содержит слаболегированный слой полупроводника с концентрацией примеси <5- 10 см и толщиной d, удовлетворяющей соотношению: где 2 — дебаевская длина в слаболегированном слое полупроводника.

884508

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано в технологи- ческом цикле изготовления интегральных схем (ИС) в качестве тестовой структуры для контроля полного заряда в диэлектрике, а также для оценки его стабильности, центра тяжести полного заряда и величин зарядов, локализованных вблизи обеих границ раздела диэлектрика.

Как известно, в диэлектрике,расположенном на поверхности полупроводника, существует встроенный заряд, величина, локализация в слое диэлектрика и полярность которого зависит от материала полупроводниковой подложки и слоя диэлектрика, а также от условий их обработки и способа формирования слоя диэлектрика.

В случае наиболее распространенных в настоящее время систем Si-SiO

2 этот заряд, как правило, имеет положительную полярность. Встроенный заряд оказывает принципиальное влияние на электрические характеристики элементов ИС ° Подвижные заряды, наиболее часто локализованные вблизи границы раздела диэлектрик — металл, являются одной из причин нестабильности

1электрических характеристик полупроводниковых приборов и ИС на их основе.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является МДП-структура, включающая высокопроводящий управляющий электрод, слой диэлектрика и полупроводниковый, кристалл.

Недостатком данной 1ЯП-структуры является то, что она не позволяет определить полный заряд в диэлектрике и заряд, локализованный вблизи внешней границы раздела диэлектрика, миграция которого под воздействием внешнего электрического поля в большинстве случаев определяет стабильность МДП-структур и тех полупроводниковых изделий, в состав которых она входит.

Цель изобретения — определение полного заряда в слое диэлектрика.

Цель достигается тем, что МДПструктура, включающая высокопроводящий управляющий электрод, слой диэлектрика и полупроводниковый кристалл, содержит между слоем диэлект30

Заряд в диэлектрике вблизи границы полупроводниковый кристалл-диэлектрик

-С ° U о а

35 где V — потенциал плоских зон полуFB проводникового кристалла.

Заряд вблизи внешней границы диэлекгрика кристалла

qg Co VFB3

I где V — потенциал плоских зон вве45 денного полупроводникового слоя.

Появление дополнительного участка нелинейного изменения емкости ЬЩПструктуры определяется емкостью при5О поверхностного слоя пространственного заряда введенного полупроводникового слоя. Толщина этой области равна дебаевской длине экранирования и именно с этим обстоятельством связано or55 раничение на минимальную толщину введенного полупроводникового слоя. Максимальная толщина введенного полупроцоцникового слоя не должна превышать рика и управляющим электродом слаболегированный слой полупроводника с концентрацией примеси V с 5 -10 см и толщиной d удовлетворяющей соотношению . d = (1 — 10) Х где

9 дебаевская длина в слаболегированном слое полупроводника.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображены эксперимен10 тальные вольтфарадные характеристики

МДП-структуры известной конструкции (кривая 1) и предлагаемой конструкции (кривая 2 соответствует ввецению прослойки слаболегированного поликрис15 таллического кремния р-птипа, а кривая 3 — n-типа). Введение слоя слабо легированного полупроводника приводит к изменению вида вольтфарадных характеристик МДП-структуры и позво20 ляет из анализа таких видоизмененных фольтфарадных характеристик определить полный заряд в диэлектрике и заряды вблизи границ раздела диэлектрика. Изображенные на чертеже вольтфа25 радные характеристики нормированы к емкости окисного слоя (диэлектрика) С .

Полный заряд О, в диэлектрике

Центр тяжесПосле термополевой обработки3OB, — Si 30 мин

Использование напыления и

Тип МДП-системы

Ом эл З эл.> см2

CM ти, Qa мкм см2 эл 3

СМ2 эл-3 см2 вжигания

А1,после чего Al был удален травлением в

1 10!

1 10

Si-SiO

Н «!

1 10 12 10

Р + 8 !! к

Si-SiO-p-Si

0,5 10 -0,5 ° 10 2,0 ° !О 0,05

f! !!

1,5 10 05 10

4,0 10 11.10!! (!

7 10 -7. ° 10

15 - 1О 0 14

p + S !!.!!! Толщина Дебаевской длины экранисования Х = 0,8 мкм I

Подписное

ВНИИПИ Заказ 5843/3

Тираж 643

Произв,-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул; Проектная, 4

3 884508 4

5-10 дебаевских длин. В случае более ся процесс осаждения слоя высоколетолстых полупроводниковых слоев воз- гированного поликристаллического можно нежелательное увеличение соп- кремния, такого же как и у контрольротивления ИДП-структуры по перемен- ных образцов.

В целях более четкой проверки возПример выполнения, Для изготовле- можностей предлагаемой ИДП-структуры ния тестовой МДП-структуры использо- типа Si-SiO<-ð-Si„„ -p-81„ к у час!и вались системы типа Si-SiO полу- образцов в окисел подзатворной комЯ \ ченные термическим окислением моно- позиции был введен дополнительный кристаллического электронного кремния 10 заряд посредством продольного дрейКЭФ-5 с ориентацией поверхности и фа из периферийных областей, в кокристаллографической плоскости (ZZZ) торых высокая плотность заряда в див атмосфере сухого кислорода с до- электрике достигалась напылением бавлением газообразного НС1. Толщина слоя алюминия Al терморезистивным окисла — 2000 А. 15 метоДом, его вжиганием и последующим

После окисления на часть образцов стравливанием. был нанесен газофазным методом Из данных приведенных в таблице, (800 С, $ Н, ВВг, Н ) слой (-0,5мкм) видно, что использование предлагаемой высоколегированного (т5 10 см ) конструкции МДП-структуры позволило бором поликристаллического кремния 20 определить полный заряд в окисле р -Б „к (контрольные образцы). У. (диэлектрике), 0 заряда вблизи градругой части образцов перед осалде- ниц раздела Яз и Q и центр тяжести нием р -Si проводилось в том же !

-!!. к заряда Q, что позволяет оценить реакторе осажденйе поликристалличес- электростабильность этих зарядов и кого кремния Si без специального 2S в конечном результате повысить проп.к легирования HBr . Содержание бора в цент выхода годных, стабильность и этом слое толщиной 1-1,2 мкм 5!! надежность полупроводниковых при

6 !!

«10 см . После этого осуществляет- . боров.