Научная статья на тему 'Особенности измерения диэлектрической проницаемости тонких пленок МДП-структур'

Особенности измерения диэлектрической проницаемости тонких пленок МДП-структур Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
1419
140
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЫЛЬНЫЙ КОНТАКТ / ЕМКОСТЬ / КРАЕВОЙ ЭФФЕКТ / ИЗОЛИРУЮЩАЯ ПЛЕНКА / ТЕРМИЧЕСКИЙ ОКСИД / ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ / МДП-СТРУКТУРА / ОМИЧЕСКИЙ КОНТАКТ / BACK CONTACT / CAPACITANCE / EDGE EFFECT / INSULATING FILM / THERMAL OXIDE / DIELECTRIC CAPACITY / MIS-STRUCTURE / OHMIC CONTACT

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Воротилов Константин Анатольевич, Лучников Петр Александрович, Подгорный Юрий Владимирович, Серегин Дмитрий Сергеевич

Представлена методика точных измерений диэлектрической проницаемости ε изолирующих пленок нанометровых толщин в МДП-структурах на основе нелинейной аппроксимации экспериментальных зависимостей эквивалентной емкости МДП-структуры от частоты. В диапазоне частот четырехэлементная модель хорошо отражает комплексный импеданс МДП-структуры в аккумуляции. Учитывается влияние краевой емкости. Метрологические характеристики методики подтверждены результатами измерения ε пленки термического оксида кремния толщиной ~80 нм на кремнии. Получено значение диэлектрической проницаемости 3,825 с погрешностью 1,2 % при случайной составляющей 0,13 %.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Воротилов Константин Анатольевич, Лучников Петр Александрович, Подгорный Юрий Владимирович, Серегин Дмитрий Сергеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Особенности измерения диэлектрической проницаемости тонких пленок МДП-структур»

Воротилов Константин

Анатольевич, д-р техн. наук, профессор, зам. декана по научной работе факультета «Электроника» кафедры

«Физика конденсированных сред» Московского государственного технического

университета радиотехники, электроники и автоматики. E-mail: vorotilov@live.ru; vorotilov@mirea. ru Область научных интересов: электроника и микроэлектроника.

Лучников Петр Александрович, заведующий лаборато-рией технологических иссле-дований НИИ «Информатика»

Московского государст-венного технического универ-ситета радиотехники, электро-ники и автоматики.

E-mail: fisika@mail.ru Область научных интересов: электроника и микроэлектроника.

Подгорный Юрий Владимирович, канд. техн. наук, ведущ. нучн. сотр. кафедры «Физика конденсированных сред» Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики.

E-mail: podgsom_2004@mail.ru Область научных интересов: электроника и микроэлектроника.

Серегин Дмитрий Серге-евич,

канд. техн. наук, мл. науч. сотр. кафедры «Физика

конденсированных сред»

Московского государст-венного технического университета радиотехники, электроники и автоматики. Область научных интересов: электроника и

микроэлек-троника.

УДК 537.226: 621.3.049.772.1

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ТОНКИХ ПЛЕНОК МДП-СТРУКТУР

К.А. Воротилов, П.А. Лучников, Ю.В. Подгорный, Д.С. Серегин

Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики E-mail: fisika@mail.ru

Представлена методика точных измерений диэлектрической проницаемости е изолирующих пленок нанометровых толщин в МДП-структурах на основе нелинейной аппроксимации экспериментальных зависимостей эквивалентной емкости МДП-структуры от частоты. В диапазоне частот четырехэлементная модель хорошо отражает комплексный импеданс МДП-структуры в аккумуляции. Учитывается влияние краевой емкости. Метрологические характеристики методики подтверждены результатами измерения е пленки термического оксида кремния толщиной ~80 нм на кремнии. Получено значение диэлектрической проницаемости 3,825 с погрешностью 1,2 % при случайной составляющей 0,13 %.

Ключевые слова:

Тыльный контакт, емкость, краевой эффект, изолирующая пленка, термический оксид, диэлектрическая проницаемость, МДП-структура, омический контакт.

Key words:

Back contact, capacitance, edge effect, insulating film, thermal oxide, dielectric capacity, MIS-structure, ohmic contact.

Введение

В технологии производства полупроводниковых приборов остро стоит задача повышения

диэлектрической проницаемости материала

подзатворного диэлектрика транзисторных структур интегральных схем (ИС) [1, 2]. В ближайшие годы существует тенденция снижения толщины подзатворного диэлектрика до значений величины меньших ~1 нм. Однако в таких структурах токи прямого туннелирования и процессы диффузии бора ограничивают использование слоев термического оксида толщиной ~1 нм [2]. Современные ИС с минимальными топологическими размерами 45...65 нм

требуют использования диэлектрических материалов с низкой диэлектрической проницаемостью (е < 2,2).

Известны два метода измерения емкости диэлектрика в структурах металл-диэлектрик -полупроводник (МДП-структура). Первый - квазистатический метод, сущность которого состоит в измерении тока, вызываемого изменением напряжения. Достоинство этого метода состоит в практическом отсутствии зависимости результатов измерения от качества контакта (тыльного) полупроводниковой подложки - пластины с нанесенным слоем диэлектрика, а недостаток очевиден - квазистатическим методом измеряется только статическая диэлектрическая проницаемость. Второй метод состоит в измерении емкости пленки на переменном токе в режиме аккумуляции основных носителей заряда в полупроводнике [3], и поэтому он лишен недостатка первого метода.

В настоящей работе рассмотрены особенности методики измерения на переменном токе емкости тонких диэлектрических пленок МДП-структур, а также влияние площади электродов, толщины пленки, частоты измерения и индуктивности соединительных проводников, краевой емкости на точность измерений паразитного импеданса тыльного контакта.

Образцы и измерительное оборудование

При отработке методики измерений использовались кремниевые пластины КДБ-10 толщиной 500 мкм, с выращенным слоем термического оксида кремния SiO2 толщиной 10.. .100 нм. На поверхность пластин, покрытую слоем оксида кремния, методом литографии наносились алюминиевые электроды в форме квадратов с размерами сторон трех номиналов.

В качестве базового измерительного оборудования использовался комплекс производства фирмы Materials Development Corporation: высокоточный LCR-измеритель Agilent 4284A со встроенным источником постоянного смещения, держатель подложек типа MDC QuietCHUCK DK Hot Chuck System Model 490 в комплекте с зондовыми манипуляторами Model 825, калибровочная пластина MDC Model RW10.

Влияния паразитных параметров измерительной схемы

При измерениях на высоких частотах (выше десятков кГц) существенное влияние на результаты измерений может оказывать паразитная индуктивность, которая

может достигать нескольких единиц микрогенри, а также паразитный импеданс тыльного контакта МДП-структуры. Емкость конденсаторов

калибровочной пластины RW10 измерялась в диапазоне частот 0,2.1000 кГц. Исследуемые МДП-структуры и пластина RW10

размещались на держателе образца QuietCHUCK.

Измерительный комплекс

позволяет проводить испытания

образцов диэлектрика двумя способами подключения объектов емкости пластины RW10 к измерителю LCR. При первом стандартном

Рис. 1. График экспериментальной зависимости эквивалентной емкости Сэ(/) калибровочного конденсатора С0 от частоты измерения при подключении по схеме F-F и при различных видах контакта F-B полупроводниковой подложки с держателем образца. На вставке (а) и (б) - двух- и четырехэлементные эквивалентные схемы для подключений емкостных образцов F-F и F-B соответственно

подключении F-B, которое используется при измерении вольтфарадных характеристик или концентрации свободных носителей, в цепи подключения к прибору участвуют, с одной стороны, контакт металлического основания пластины RW10 с держателем образца далее тыльный контакт, а с другой - зондовый манипулятор, контактирующий с электродом конденсатора на лицевой поверхности пластины. При втором альтернативном подключении F-F в цепи объекта измерений вместо тыльного контакта участвует второй зондовый манипулятор, который подключается к общему электроду «SHORT» на лицевой поверхности пластины RW10, электрически соединенному с ее основанием. Для надежного электрического контакта с тыльной стороной пластины с образцом и держателем образца использовалась электропроводящая прослойка из пленки технической воды (электролита) или эвтектики InGa.

На рис. 1 представлены графики экспериментальной зависимости эквивалентной емкости Сэ(/) калибровочного конденсатора С0 от частоты измерения при подключении по схеме F-F и при различных видах контакта F-B полупроводниковой подложки с держателем образца. На вставке рис. 1, а, и рис. 1, б, показаны двух- и четырехэлементные эквивалентные схемы для подключений емкостных образцов F-F и F-B соответственно.

Измерительную ячейку емкости пластины RW10 с учетом паразитных параметров и идеальными электрическими контактами можно представить в виде эквивалентной схемы последовательного колебательного контура рис. 1, а, и в виде рис. 1, б, при подключении образца с прижимным контактом с тыльной стороны полупроводниковой пластины с диэлектрическим слоем эквивалентная схема. В последнем случае учитываются параметры сопротивления RH = 1/GH (электрической проводимости GH ) и емкости Сп прижимного «сухого» контакта пластина-основание ячейки.

Экспериментальные исследования параметров эквивалентной емкости образца Сэ калибровочного конденсатора С0 в зависимости от частоты при подключениях F-F и F-B с прослойками воды и эвтектики InGa в контакте тыльной стороны пластины полупроводника показали, что согласно схеме рис. 1, а, возможно проводить нелинейную аппроксимацию Сэ моделирующей функцией вида:

C Ы = Со •(l

- ° ■ Ь ■ С0) , (1)

где С0 и Ь - параметры аппроксимации (емкость эталонного конденсатора и паразитная индуктивность соединительных экранированных проводников с зондовыми манипуляторами соответственно); / = ю/ 2п - частота измерения, Гц; ю - круговая частота.

Для случая «сухого» контакта с тыльной стороны МДП-структуры в измерительной ячейке, аппроксимацию Сэ удобно проводить согласно 4-х элементной эквивалентной схеме подключения Б-В с учетом паразитных параметров индуктивности и сопротивления Яп = 1/^п и емкости Сп «сухого» контакта, т. е. дополнительного паразитного импеданса тыльного контакта. Составляющие эквивалентной комплексной проводимости О(ю) такой цепи согласно параллельной схеме замещения, определяются как:

( с ^

с + С

Cэ (a) =

C

GП +а2Сп

l — a CoL у ,

(2)

l — a2C0L

ґ

Сп +

С

2

l — a2C0L у

G3 (a) =

G

g2 + a

С

С +____-0____

п l — ®2CL

coCn

vl — a CoL у

(З)

0^

В табл. 1 приведены результаты аппроксимации в диапазоне 1...1000 кГц, в том числе среднее квадратичное отклонение (СКО), отнесенное к значению емкости Co конденсатора. Высокая точность аппроксимации подтверждает соответствие выбранной модели рассматриваемым подключениям. Необходимо отметить, из аппроксимации исключались

2

2

результаты измерений на частотах ниже 1 кГц, так как показаниям LCR-метра в этом диапазоне частот присуща нестабильность, увеличивающая погрешность аппроксимации.

Из рис. 1 видно, что регрессионная аппроксимация экспериментальной зависимости эквивалентной емкости пластины RW10 в диапазоне 1.1000 кГц при включении F-B «сухой» контакт (рис. 1, б) функцией (2). Здесь С0, Сп и GH - аппроксимирующие параметры емкости при паразитной индуктивности определемой схемой включения F-B с водой (табл. 1), которая имеет следующие значения С0 = 1016,7 пФ, RH = 215 Ом и Сп = 1048 пФ [4]. Точность аппроксимации повышается в более узком диапазоне частот. Например, в диапазоне частот 1.500 кГц получаются значения С0 = 1017,2 пФ, RH = 216 Ом и Сп = 1139 пФ при СКО равном 0,1 %.

Таблица 1. Определение паразитной индуктивности при различных способах подключения RW10 на держателе образца QuietCHUCK

Тип подключения образца C0, пФ СКО, % L„, мкГн

F-F 1017,9 0,07 1,б7

F-BInGa 1018,1 0,0б 1,49

F-BH2O 1018,1 0,0б 1,47

При подключении Б-В «сухой» контакт, при котором поверхности подложки и держателя образца только предварительно зачищались, на высоких частотах наблюдаются заниженные результаты относительно подключения Б-Б. Расхождение заметно на частотах выше 20 кГц, что говорит о существенном паразитном импедансе «сухого» контакта полупроводниковой подложки с держателем образца (тыльного контакта). С целью уменьшения паразитного импеданса в качестве прослойки между контактирующими поверхностями использовалась эвтектика индия/галлия 1пОа или техническая вода. При подключении Б-В с этими прослойками наблюдаются зависимости идентичные подключению Б-Б (рис. 1). Завышенные результаты измерений на высоких частотах, связаны с паразитной индуктивностью Ь соединительных проводников.

Определение толщины изолирующей пленки

Определение толщины изолирующего слоя на кремнии осуществлялось эллипсометром ЛЭФ-3М. Среднее значение толщины d из 27 результатов измерений составило 88,5 нм при СКО 0,7 нм, что соответствует случайной составляющей, 8^, относительной погрешности

определения среднего значения толщины 0,16 %.

Металлические электроды на изолирующей пленке МДП-структуры обычно изготавливают методом литографии или используют процесс напыления электродов через теневую маску, клейкую ленту [5] или при помощи ртутного манипулятора, что приводит к значительной погрешности определения площади электрода.

Нами при отработке методики использовался стандартный процесс литографии по алюминию. На слое оксида кремния формировались электроды трех типоразмеров. Размеры сторон а, квадратных электродов каждого типоразмера на МДП-структуре измерялись микроскопом ОЬУМРи8 ВХ51. По результатам измерения рассчитывались средние площади

электродов (Sj), абсолютное (Д£) и относительное (8$) СКО среднего значения S :

& =

AS/ (s •VNT), где N

число электродов, в которой так же приведены значения

геометрической емкости, рассчитанные по формуле:

С =

Б

--------= , пФ,

3,6 пй

(4)

Определение емкости изолирующей пленки

В диапазоне частот 0,2. 1000 кГц в режиме аккумуляции измерялась емкость трех конденсаторов МДП-структуры с электродами каждой номинальной

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

площади. Для уменьшения паразитного импеданса контактные поверхности подложки и держателя образца обезжиривались и использовались прослойки эвтектики 1пОа или

дистиллированной воды.

На рис. 2 представлен график экспериментальных зависимостей

относительного изменения эквивалентной емкости СЭ/С0 МДП-структуры от частоты измерения при различной площади электродов 81, 82 и 83 с прослойками эвтектики InGa и пленки воды между подложкой и держателем образца.

Из рис. 2 видно, что зависимость нормированных значений емкости изолирующей пленки на подложке (МДП-структур) дает: во-первых, относительное занижение измеренных значений эквивалентной емкости МДП-структуры с увеличением частоты оказывается более значительным чем при увеличении площади электродов, во-вторых, прослойка воды по сравнению с 1пОа более эффективно способствует уменьшению паразитного импеданса тыльного контакта, например, для площади 81 с эвтектикой и для площади 82 с водой зависимости практически совпадают, хотя отношение этих площадей равно четырем.

Определение параметров четырехэлементной модели МДП-структуры с учетом импеданса тыльного контакта (рис. 1, б) осуществлялось нелинейной регрессионной

аппроксимацией экспериментальных значений эквивалентных емкости и проводимости МДП-структуры формулами (2) и (3) соответственно. При аппроксимации определяется вектор-функция Ф (х, к) , где х - переменная (частота измерения ю), а к - вектор аппроксимирующих

параметров. Вектор-функция помимо самой аппроксимирующей функции содержит ее частные производные относительно параметров: к0^-^п)2; к^Сп и к2^С0. После определения стартовых значений параметров к в виде вектора vg вызывается функция

Р = genfit (ш, vCэ, vg, Ф), где vXi - вектор дискретных значений частоты измерения, и vCэг■ или vGэi - результаты N дискретных измерений в диапазоне частот эквивалентных емкости

или проводимости МДП-структуры.

В табл. 2 приведены результаты расчета параметров МДП-структуры через аппроксимацию ее эквивалентной емкости (2). Значения диэлектрической проницаемости рассчитывались по формуле:

Рис. 2. График зависимости относительного изменения эквивалентной емкости СЭ/С0 МДП-структуры от частоты измерения при различной площади электродов 81, 82 и 83 с прослойками эвтектики InGa и пленки воды между подложкой и держателем образца

еч ~ С0ц/Сгц , (5)

где индекс 1 соответствуют номеру результата измерения для Ц-ой площади электрода.

Из приведенных результатов видно, что значение паразитного импеданса тыльного контакта структуры с держателем образца при использовании промежуточного слоя дистиллированной воды в два-три раза меньше значения в случае использования эвтектики 1пОа.

В табл. 3 приведены значения параметров четырехэлементной эквивалентной схемы МДП-структуры с прослойками воды и индия/галлия, рассчитанные через аппроксимацию уравнением (3) экспериментальных зависимостей эквивалентной проводимости от частоты.

Таблица 2. Параметры МДП-структуры с прослойками воды и индия/галлия получены аппроксимацией эквивалентной емкости

Б,, мм2 81 = 0,192 82 = 0,779 83 = 3,13

Прослойка Іива Н20 Іива Н20 Іива Н20

Р, кГц 1-500 1-1000 1-500 1-500 1-500 1-500 2,5-300

N 55x3 61x3 55x3 55x3 55x3 55x3 42x3

Яп, Ом 122,8 40,7 114,7 39,3 114,9 50,0 47,8

Сп, пФ 3600 7888 6700 10530 6700 9161 13970

Сои, пФ 73,87 73,67 298,0 297,7 1194,6 1193,4 1193,8

СКОсс, % 0,101 0,06 0,107 0,038 0,366 0,179 0,083

£ц 3,851 3,839 3,829 3,823 3,825 3,819 3,820

Таблица 3. Параметры МДП-структуры с прослойками индия/галлия и воды получены через аппроксимацию зависимости эквивалентной проводимости от частоты в диапазоне частот 1.300 и 2,5.500 кГц соответственно________________

5,-, мм2 51 = 0,192 52 = 0,779 53 = 3,126

Прослойка ІиОа Н20 ІиОа Н20 ІиОа Н20

Яп, Ом 93,6 38,6 98,6 29,2 117 40,3

Сп, пФ 5540 10900 8810 15200 9470 13700

0)*и, пФ 78,6 67 301,0 210 1170 820

СКОс, % 0,39 0,42 0,89 0,49 0,50 0,51

Получены значения составляющих Лп и результатам аппроксимации по уравнению (2),

Оэ, мкСм

102

1,0

10-

10'

1А.

{ V

4^ Г1 1

а1 Vі 1 и

V'*

1 10 100 /, кГц

Рис. 3. График зависимости эквивалентной проводимости ОЭ(/) МДП-структуры от частоты электрического поля при трех значениях площади электродов: 81, 82 и 83

Сп паразитного импеданса близкие к однако значения емкости пленки С0* получаются заниженными на 10.30 %.

На рис. 3 представлен график экспериментальных зависимостей от частоты эквивалентной проводимости ОЭ(/) и их аппроксимации по уравнению (3) МДП-структуры с прослойкой воды в тыльном контакте при трех значениях площади электродов: 81, 82 и 83.

Сопоставление результатов,

приведенных в табл. 2 и 3, показывает, что для определения параметров 4-х элементной модели достаточно использовать

нелинейную аппроксимацию

экспериментальной зависимости от частоты эквивалентной емкости МДП структуры.

Влияние краевой емкости на точность измерений

Расхождение между емкостью, измеренной в устройстве с двумя выводами (без охранного электрода), и емкостью, вычисленной на основании диэлектрической проницаемости и размеров образца, равно емкости потенциального электрода на землю плюс краевая емкость [6].

Расчет диэлектрической проницаемости по формуле 8 = С0у/Сгу подразумевает

допущение однородного поля между измерительными электродами, т. е. не учитывается искривление (отклонение) силовых линий у краев, которое можно учесть путем введения поправки на краевую емкость. Искомая величина £ вычисляется по формуле:

8 = (С0// - Скр ] )/Сг ] , (6)

где Скр- поправка на поле рассеяния для соответствующих геометрических размеров электрода; Сг;-. - геометрическая (вакуумная) емкость.

Для ряда конфигураций электродов с образцом существуют эмпирические формулы вычисления краевой емкости [6], независящей от формы электродов. Для нашего случая конфигурации электрод/образец/электрод (подложка), когда толщина электрода и его размеры много меньше толщины пленки и размеров подложки соответственно, поправку (абсолютную погрешность) на поле рассеяния можно рассчитать по формуле:

С^/ Р = (0,041 -8 - 0,72 • lоg ё + 0,045) [пФ/см], (7)

где Р - периметр металлического электрода (Р = 4аД см; £ - приблизительно определенная

диэлектрическая проницаемость. Из (7) следует, что краевая емкость возрастает с увеличением измеряемой диэлектрической проницаемости и толщины пленки. С учетом выражений (4), (5), (6) и (7) получаем выражение для расчета составляющей относительной погрешности (поправки) 5екр, обусловленной краевой емкостью в виде:

, 0,041-8-0,72• Ьё + 0,045 1ЛЛП/

5е = 14,4 • ё --------------- -----------100,%. (8)

а-8

На рис. 4 представлены график расчетных (по формуле (8) без учета краевого эффекта) зависимостей составляющей погрешности 5екр, обусловленной полем рассеяния краевой емкости, от диэлектрической проницаемости е пленки толщиной 88,5 нм на подложке с

Лр % квадратным электродами размером одной стороны: 1)

0,22 мм, 2) 0,44 мм, 3) 0,88 мм, 4) 1,77 мм.

Расчет диэлектрической проницаемости пленки диоксида кремния без учета краевой емкости дает завышенные значения искомой величины. Как видно из формулы (8), составляющая погрешности измерения £, обусловленная краевой емкостью, уменьшается обратно пропорционально линейным размерам электрода и

увеличивается с толщиной пленки. Для электродов с площадью 81, 82 и 83 значения погрешности ^£кр составляют 0,92, 0,46 и 0,23 % соответственно, что находится в хорошей корреляции с экспериментальными данными. При электродах с наименьшей площадью 81 Рис. 4. График расчетной наблюдается завышение расчетного значения е,

зависимости погрешности 5екр °бусловленног° краевой емк°стью.

от значения диэлектрической Исследования показали, что размеры электродов с

проницаемости е пленочных площадью 82 близки к оптимальным, поскольку влияние

образцов оксида кремния с краевой емкости не превышает °,5 %.

различной площадью

электродов

\

\

\

ч = 3, 1 81

ч 1

'ч 2

''ч -4 ^3 ■ ■ + 3-, -- ---

" — * “

Результаты измерений диэлектрической проницаемости пленки в МДП-структуре

В табл. 2 приведены результаты трех групп измерений емкости изолирующей пленки С0, среднего квадратичного отклонения и оценки значений є,, соответствующие номинальным площадям электродов. Оценка искомого значения диэлектрической проницаемости термического оксида кремния как среднего взвешенного є [7]:

(9)

, є

і=і

где К - число групп наблюдений; 8/ - оценка значения £ /-той группы наблюдений; -весовой коэффициент /-той группы наблюдений, дает значение 3,825 при случайной составляющей относительной погрешности 8= = 0,13 %.

При оценке погрешности измерения £ изолирующей пленки помимо случайной составляющей 8=, как следует из формул (4) и (6), необходимо учесть составляющие,

обусловленные погрешностями измерения геометрических размеров электродов 8,

определения средней толщины изолирующего слоя 8, учета краевой емкости ^кр. Эти

погрешности являются условно постоянными [10] и определяются погрешностями соответствующих измерительных приборов, так как случайными составляющими, как следует из результатов измерений геометрических размеров электродов и толщины пленки, можно пренебречь. Погрешности эллипсометра ЛЭФ-3М и микроскопа ОЬУМРИ8 ВХ51 составляют 1 % и 0,5 % соответственно. Оценка суммарной погрешности измерения £ пленки оксида кремния вычислена по формуле:

88 =](88? + 8)2 +8)2 +(88кр)2 =40,132 + 0,52 +12 + 0,242 < 1,2 %.

Сопоставление значения диэлектрической проницаемости стандартного образца (СО ДПКД-2 ВСНИИФТРИ), изготовленного из оптического кварцевого стекла КВ согласно ГОСТ 15130-86 толщиной 2 мм: £ = 3,81 ± 1 % показало, что фактическая разница между значениями £ стандартного и исследованного нами образцов не превышает 0,4 %.

Выводы

Разработана методика точных измерений диэлектрической проницаемости изолирующих пленок наноразмерных толщин в МДП-структурах. Метрологические характеристики методики подтверждены результатами измерения параметров термического оксида кремния на кремнии. Получено значение диэлектрической проницаемости 3,825 с суммарной погрешностью 1,2 % при случайной составляющей 0,13 %.

Четырехэлементная модель МДП-структуры в аккумуляции хорошо отражает частотную зависимость ее эквивалентных параметров, определение которых двумя разными способами дает хорошую сходимость.

Нелинейная аппроксимация зависимости эквивалентной емкости МДП-структуры от частоты позволяет с высокой точностью определять емкость и диэлектрическую проницаемость реальной тонкой изолирующей пленки.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Дана оценка погрешности, вносимой краевой емкостью в измерение диэлектрической проницаемости, и приведена методика ее учета.

Показано, что уменьшение площади электродов МДП-конденсатора приводит к снижению составляющих погрешности измерения диэлектрической проницаемости изолирующих пленок в области высоких частот, обусловленных паразитным импедансом тыльного контакта МДП-структуры и паразитной индуктивностью соединительных проводников. С другой стороны, ограничением уменьшения площади электродов является увеличение составляющих погрешности, обусловленных возрастающим влиянием как краевой

емкости МДП-структуры и погрешностью квантования и нестабильностью измерителя LCR,

возрастающей на частотах ниже 1 кГц.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильев В.А., Серегин Д.С., Воротилов К.А. Гибридные пористые силикатные пленки с управляемой наноструктурой // Нано- и микросистемная техника. - 2007. - № 12. - С. 23-28.

2. Thin films and heterostructures for oxide electronics / под ред. S.B. Ogale. - NY.: Springer Science+Business Media, Inc., 2005. - 419 p.

3. Батавин В.В., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. - М.: Радио и связь, 1985. - 264 с.

4. Подгорный Ю.В., Серегин Д.А., Путилин А.В., Лучников П.А., Воротилов К.А. Методика измерения диэлектрической проницаемости изолирующих слоев на полупроводниковых подложках // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. - 2009. -Т. 9. - Ч. 1. - С. 231-234.

5. Ciofi I., Baklanov M. R., Tokei Z., Beyer G. P. Capacitance measurements and к-value extractions of low-к films // Microelectronic Engineering. - 2001. - V. 87. - P. 2391-2406.

6. ГОСТ 22372-77 Материалы диэлектрические. Методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь в диапазоне частот от 100 до 5-10 Гц. - М., 1977.

7. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. - Л.: Энергия, 1978. - 262 с.

Поступила 02.11.2011 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.