Развитие емкостных методов измерения профилей легирования полупроводниковых структур

• Автор: Уткин, Алексей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Оглавление.
Введение
1. Методы исследования профилей легирования. Анализ существующих подходов
1.1. Методы исследования полупроводниковых структур
1.2. ВФХ полупроводниковых структур и их использование для определения профилей
легирования
1.3. Недостатки и ограничения традиционного метода
1.4. Недостатки традиционного метода коррекции уширения вычисленных по ВФХ резких
профилей легирования
1.5. Методы численного моделирования ВФХ для определения констант, характеризующих
профиль легирования
1.6. Методы экспериментального измерения емкости обедненного слоя
1.7. Выводы
2. Анализ ВФХ изотипных полупроводниковых структур
2.1. Аналитическая коррекция дебаевского уширения профилей легирования, рассчитанных
по ВФХ
2.2. Расчет ВФХ для изотипно легированных полупроводниковых структур
2.3. Проверка применимости коррекции профилей легирования на дебаевское упшрение с
использованием теоретических ВФХ
2.4. Моделирование ВФХ неоднородно легированных по площади контакта
полупроводниковых структур
2.5. Выводы
3. Анализ ВФХ полупроводниковых структур с р-п-т&рпшя.:
3.1. Классификация типов обедненных слоев
3.1.1 Обедненный слой на поверхности
3.1.2 Обедненный слойв объемномр-и-переходе
3.1.3 Выступающий на поверхностьр-и-переход
3.1.4 Смыкание соседнихр-п-переходов в объеме
3.1.5 Смыкание поверхностного обедненного слоя и обедненного слоя объемного р-п-
перехода
3.2. Определение профилей легирования по ВФХ для структур с выступающим на
поверхность р-п-переходом
3.3. Определение профилей легирования по ВФХ структур с расположенным вблизи
поверхности р-п-переходом
3.4. Выводы
4. Развитие экспериментальных методов исследования профилей легирования полупроводниковых структур
4.1. Преимущества и недостатки систем ЭП и ЭДП при измерении ВФХ
полупроводниковых структур
4.2. Эквивалентная схема полупроводниковой структуры при наличии поверхностных
состояний
4.3. Развитие двухимпульсной методики измерения ВФХ
4.4. Автоматизированная экспериментальная установка для измерения емкости
полупроводниковых структур
4.5. Используемые полупроводниковые структуры
4.6. Экспериментальные результаты
4.6.1 Результаты исследования структуры со ступенчатым профилем легирования
4.6.2 Результаты исследования структуры с имплантациошгым профилем легирования
4.6.3 Результаты исследования структуры с двухступенчатым профилем легирования
4.6.4 Результаты исследования структуры с выходящим на поверхность р-н-переходом
4.7. Выводы
5. Общие выводы
Приложение 1. Экранные формы программы расчета ВФХ изотипных профилей легирования
Приложение 2. Экранные формы программного модуля управления установкой
Список литературы

Список сокращений:
ЭП - электролит-полупроводник
МП - металл-полупроводник
ЭДП - электролит-диэлектрик-полупроводник
МДП - металл-диэлектрик-полупроводник
ОПЗ - область пространственного заряда
ПС - поверхностное состояние
ГУ - глубокий уровень
ВФХ - вольт-фарадная характеристика
ВАХ - вольт-амперная характеристика
МЛЭ - молекулярно-лучевая эпитаксия
РГФ МОС - рост из газовой фазы с использованием металлоргани-ческих соединений ИРЕ - изотермическая релаксация емкости
ТСЕ - термостимулированная емкость
DLTS - Deep Level Transient Spectroscopy
НЕСГУ - нестационарная емкостная спектроскопия
MIS-FET - Metal-Isolator-Semiconductor Field-Effect-Transistor
Введение.
Актуальность темы.
С развитием микроэлектроники начинают применяться новые материалы и их комбинации для получения заданных свойств полупроводниковых приборов. Для таких приборов распределение легирующей примеси в объеме полупроводника является одной из важнейших характеристик.
Наличие внешнего электрического поля на поверхности, а также неоднородность концентрации неподвижных ионизированных атомов примеси в объеме полупроводника приводит к перераспределению свободных носителей тока. Это является причиной возникновения в полупроводнике областей, обладающих локально некомпенсированным зарядом - так называемых областей пространственного заряда (ОПЗ). Избыток или недостаток свободных носителей заряда вызывает изменение проводимости в ОПЗ. Поэтому, как правило, именно ОПЗ определяют разнообразие электрофизических свойств полупроводников и характеристик полупроводниковых приборов. В неоднородно легированном полупроводнике формирование объемных ОПЗ обычно связано с изменением концентрации легирующей примеси, а поверхностных - наличием поверхностных состояний и внешним электрическим полем.
Уменьшение размеров базовых элементов полупроводниковых приборов и ограничения формы профиля легирования, накладываемые технологией их производства, стали причиной того, что большинство используемых структур состоит из набора чередующихся однородно легированных слоев. Основными параметрами, определяющими локализацию ОПЗ, а, следовательно, и электрофизические свойства таких структур, являются толщины и уровни легирования
ХОДИМЫМ требованием, предъявляемым К виду /ДС/й(Р),СД), является то, что для совпадающих в каждой точке ВФХ С а, и Сех выбранная функция ошибки должна обращаться в ноль, и, кроме того, она должна непрерывно уменьшать свое значение при их сближении.
точки в измеренном массиве ВФХ (Сет>„г), а в [44,45]
функции /ДСДР),Сет) используются как стандартные числовые алгоритмы [42,46,47], так и специальные, подобные генетическому алгоритму [45].
В реальных условиях технология изготовления образца или ее детали не всегда известны, особенно при выборе новых технологических режимов, когда информация о профиле легирования представляют наибольший интерес. Это значительно затрудняет выбор базовой функции ДР,х). Решением в такой ситуации может оказаться метод, изложенный в статье [41], в котором в качестве параметров оптимизации Р взят сам массив точек профиля Коррекция кон-
центрации примеси при переходе от к к к+ шагу в итерационном процессе для /-ой точки теоретической ВФХ осуществляется с помощью выражения
где и-’; - граница слоя обеднения, полученная из уравнения (18) при напряжении смещения V

Так, в работе [42] F(Cf/I(P),Cет)
-1 , где / - номер
Нсл (Р), Сех ) = - £ (Сех1 - СА (. (Р))2 . Для нахождения минимума
(32)