Научная статья на тему 'Автоматизированная система диагностики полупроводниковых структур'

Автоматизированная система диагностики полупроводниковых структур Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
265
61
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДИАГНОСТИКА / ДИНАМИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ГЛУБОКИХ УРОВНЕЙ / СПЕКТР / ГЛУБОКИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УРОВНИ / ПОВЕРХНОСТНЫЕ СОСТОЯНИЯ / ПРОФИЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСИ / DIAGNOSTICS / DYNAMIC SPECTROSCOPY OF DEEP-LYING LEVELS / SPECTRUM / DEEP-LYING LEVELS / SURFACE STATES / PROFILE OF IMPURITY DISTRIBUTION

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Богданов Сергей Александрович

Разработана автоматизированная система диагностики полупроводниковых структур, предназначенная для измерения вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик тестовых структур при различных температурах в широком диапазоне напряжений смещения. Автоматизированная система диагностики полупроводниковых структур позволяет с высокой достоверностью и оперативностью определять параметры глубоких энергетических уровней, профили распределения легирующих примесей, время жизни носителей заряда, энергетический спектр плотности поверхностных состояний и может быть использована при отработке и оптимизации технологических режимов формирования структур твердотельной электроники.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Богданов Сергей Александрович

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

Computer-aided Diagnostic System of Semiconductor Structures

Computer-aided diagnostic system of semiconductor structures for the tested structures volt-ampere and voltage-capacitance characteristics measuring at different temperatures in wide ranging bias voltage was made in this work. Computer-aided diagnostic system of semiconductor structures allows to define parameters of deep-lying levels, profiles of alloying impurities distribution, charge carriers life span, surface states energy spectrum density with high reliability and efficiency and can be used for processing and optimization of technological modes for solid-state electronics structures generation.

Текст научной работы на тему «Автоматизированная система диагностики полупроводниковых структур»

Автоматизированная система диагностики полупроводниковых

структур

Богданов С. А.

Технологические маршруты изготовления интегральных схем (ИС) включают последовательность операций, сопровождающихся формированием кристаллографических дефектов, влияющих на электрофизические свойства и характеристики элементов ИС, надежность и процент выхода годной продукции [1-7]. В связи с этим актуальна проблема диагностики структур твердотельной электроники и элементов ИС.

В статье рассмотрена автоматизированная система диагностики (АСД) полупроводниковых структур, позволяющая с высокой достоверностью и оперативностью определять время жизни носителей заряда и параметры глубоких энергетических уровней, вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики тестовых структур твердотельной электроники.

Методическое обеспечение АСД включает в себя методы: динамической спектроскопии глубоких уровней; равновесных высокочастотных вольт-фарадных характеристик (ВФХ); модуляции проводимости полупроводника [8-12].

АСД состоит из подсистемы определения параметров глубоких энергетических уровней в полупроводниках, подсистемы определения электрофизических свойств границы раздела диэлектрик-полупроводник структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), подсистемы определения времени жизни неосновных носителей заряда. Высокоскоростное сопряжение указанных подсистем с ЭВМ позволяет сохранять экспериментальные данные на жестком диске для последующей обработки в соответствии с методическим обеспечением.

Структурная схема подсистемы определения параметров глубоких энергетических уровней в полупроводниках изображена на рис. 1. Она состоит из: криостата, включающего в себя контактирующее устройство для

тестовой структуры (Сх) и датчик температуры (ДТ), представляющий собой платиновый термометр сопротивления; C-V-характериограф; устройство формирования и сопряжения (УФС); устройство определения температуры (УОТ); ЭВМ типа IBM PC.

Рис. 1 - Структурная схема подсистемы определения параметров глубоких энергетических уровней

C-V-характериограф служит для измерения емкости тестовой

3 3

структуры в диапазоне от 1 до 10 пФ при предельном разрешении 10- пФ, передачи сигнала релаксации емкости ^) для дальнейшей обработки в УФС, а также подачи на тестовую структуру напряжений смещения, импульсов смещения (ИСм) и нулевой линии (НЛ), предназначенного для балансировки измерительного емкостного моста.

Формирование импульсов выборки, смещения, НЛ, с заданным временным положением и длительностью обеспечивает УФС. Кроме того, в УФС происходит аналого-цифровое преобразование (АЦП) сигнала ^) для последующей передачи в ЭВМ.

УОТ используется для измерения падения напряжения на ДТ, его аналого-цифрового преобразования и передачи в ЭВМ для определения температуры исследуемой структуры. Разрешающая способность по температуре составляет 0,1 К в диапазоне от 73 К до 773 К [13].

Структурная схема подсистемы определения электрофизических свойств границы раздела диэлектрик-полупроводник приведена на рис. 2 и включает в себя: криостат; УОТ; измеритель цифровой Е7-12; блок напряжения смещения (БНС); ЭВМ; блок сопряжения и контроля (БСК).

Рис. 2 - Структурная схема подсистемы определения

электрофизических свойств границы раздела диэлектрик-полупроводник

БСК обеспечивает сопряжение с ЭВМ современных высокоточных цифровых приборов для дистанционного управления и передачи показаний по интерфейсу 1ЕЕЕ-488 (канал общего пользования (КОП)), а также разработанными блоками измерительной аппаратуры на скорости до 1 Мбайта/с, что позволяет применять высокоскоростные АЦП.

БНС дает возможность устанавливать на исследуемой структуре напряжения смещения в диапазоне от минус 100 В до плюс 100 В с шагом

установки 1 мВ, контролировать ток утечки и измерять её ВАХ. В БНС для перекрытия указанного диапазона напряжений с шагом 1мВ установлено два 16 битных цифро-аналоговых преобразователя.

Структурная схема подсистемы определения времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводниках изображена на рис. 3. В качестве исследуемых образцов помимо р-«-переходов могут выступать полупроводниковые материалы р- и «-типа проводимости с соответствующими контактами, обеспечивающими режим инжекции неосновных носителей в полупроводниковый материал.

Рис. 3 - Структурная схема подсистемы определения времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводниках

Подсистема определения времени жизни неосновных носителей заряда включает в себя: контактирующее устройство; коммутатор; БНС; АЦП; БСК.

Коммутатор позволяет подавать с БНС на исследуемый образец импульсы тока различной амплитуды, длительности и скважности, а также импульс формовки точечного контакта. Регистрируемые импульсы падения напряжения с исследуемого образца поступают с коммутатора на вход АЦП, затем в БСК и ЭВМ.

ЭВМ производит обработку полученных данных и определяет величину времени жизни неосновных носителей заряда от 2 мкс с

разрешением в 0,1 мкс в исследуемом образце с удельным сопротивлением в диапазоне р = 0.1 ^ 500 Омсм.

Полученные с помощью АСД экспериментальные данные могут быть использованы в разработанных моделях [14-19] для повышения достоверности определения электрофизических свойств и характеристик структур твердотельной электроники.

Литература

1. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии [Текст] / Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 475 с.

2. Милнс А. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках [Текст] / - М.: Мир, 1977. - 562 с.

3. Богданов С.А. Моделирование влияния многозарядных примесных

центров на вольт-амперные характеристики контактов металл-

полупроводник с барьером Шоттки [Текст] // Известия ЮФУ. Технические науки. 2013. № 4. С. 111 - 115

4. Богданов С.А., Захаров А.Г., Писаренко И.В. Влияние

электрического поля контакта с барьером Шоттки на перераспределение примесных атомов в полупроводнике [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2013, № 2. - Режим доступа:

http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1623 (доступ свободный) -Загл. с экрана. - Яз. рус.

5. Богданов С.А., Захаров А.Г., Писаренко И.В. Модификация

поверхности чувствительного слоя сенсора газа электроискровой обработкой [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2013, № 1. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1528 (доступ

свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

6. Богданов С.А., Захаров А.Г., Писаренко И.В. Влияние

многозарядных примесных центров на распределение потенциала в приповерхностной области полупроводника [Электронный ресурс] //

«Инженерный вестник Дона», 2013, № 1. - Режим доступа:

http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1530 (доступ свободный) -Загл. с экрана. - Яз. рус.

7. Богданов С.А., Захаров А.Г., Лытюк А.А. Диффузионная модель процесса деградации контактов металл-полупроводник с барьером Шоттки [Текст] // Известия ЮФУ. Технические науки. 2012. № 1. С. 53 - 58

8. Lang D. V. Deep level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors [Текст] // J. Appl. Phys., - 1982. - Vol.№ 7.

- P.3023 - 3032.

9. Берман Л. С., Лебедев А. А. Емкостная спектроскопия глубоких центров в полупроводниках [Текст] / - Л.: Наука,1981. - 176с.

10. Захаров А.Г., Богданов С.А., Набоков Г.М. Определение свойств структур твердотельной электроники методами емкостных характеристик [Текст]/ - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. - 108 c.

11. Gassoumi M., Bluet J.M., Guillot G., Gaquiere C., Maaref H. Characterization of deep levels in high electron mobility transistor by conductance deep level transient spectroscopy [Текст] // Materials Science and Engineering: C.

- 2008. Т. 28. № 5-6. - P. 787 - 790.

12. Ali A., Asghar M., Gouveas T., Hasan M.-A., Zaidi S.H. Influence of deep level defects on the performance of crystalline silicon solar cells: experimental and simulation study [Текст] // Solar Energy Materials & Solar Cells. - 2011. Т. 95. № 10. - P. 2805 - 2810.

13. Захаров А.Г., Богданов С.А., Варзарев Ю.Н., Набоков Г.М. Устройство для определения температуры полупроводниковой структуры при измерении параметров глубоких энергетических уровней [Текст] // Известия ТРТУ. - Таганрог: ТРТУ, 2004. № 8 (43). - С. 214-215.

14. Захаров А.Г., Богданов С.А., Лытюк А.А. Прогнозирование положения уровня Ферми в полупроводнике чувствительного слоя сенсора газа [Текст] // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. 2011. № 4. С. 3436.

15. Богданов С.А., Захаров А.Г., Лытюк А.А. Моделирование распределения потенциала в барьерах Шоттки с учетом краевых эффектов [Текст] // Нано- и микросистемная техника. 2011. № 5. С. 12-15.

16. Захаров А.Г., Богданов С.А. Вольт-фарадные характеристики МДП-структур с учетом однозарядного глубокого энергетического уровня [Текст] // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. 2007. № 5. С. 22-24.

17. Захаров А.Г., Котов В.Н., Богданов С.А. Моделирование распределения потенциала в барьерах Шоттки транзистора с металлической базой [Текст] // Нано- и микросистемная техника. 2007. № 4. С. 45-47.

18. Захаров А.Г., Богданов С.А. Моделирование вольт-фарадных характеристик МДП-структур с неоднородным распределением основной легирующей примеси [Текст] // Известия ТРТУ. - Таганрог: ТРТУ, 2006. № 9.

- С. 57-61.

19. Захаров А.Г., Богданов С.А. Моделирование распределения потенциала в приповерхностной области полупроводника с глубокими уровнями [Текст] // Известия ТРТУ. - Таганрог, 2005. № 9. - С. 217-222.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.