Введение к работе
Актуальность темы.
На всех стадиях производства полупроводниковых приборов неотъемлвмым элементом технологического цикла, очевидно, должно быть диагностирование параметров, определяющих функционирование прибора. Основой большинства п/п приборов различного назначения служит р-п переход. Самым широко используемым материалом в микроэлектронике в настоящее время и в обозримом будущем является кремний. Поэтому актуальной является задача создания методов, позволяющих неразрушащим образом, контролировать ^изико-техно логические параметры р-п перехода на кремнии.
Следует отметить, что в последнее время серьезное развитие получили метода исследования поверхности и тонких приповерхностных слоев. Это растровая електронная микроскопия, Оже-спектроскопия, вторично-ионная масо спектроскопия, рентгеновская дифрактометрия и топография. Проблеме ке диагностирования р-п структур на больших растоявиях от поверхности (до сотен мкм) уделяется гораздо меньшее внимание.
Для решения этой задачи используется ряд традиционных методов, например, метода электрофизического диагностирования, химические и электрохимические методы, методы электронного и СВЧ зондирования, и т.д. Однако, эти методики либо разрушают образец в ходе исследования, либо требуют специальной сложной подготовки образца. Кроме того, результаты получаемые в ходе проведения измерений, для ряда прямых методов, в большой степени являются субъективными, зависящими от квалификации оператора (метод шлифа). Недостатком других методов (например вольт-фарадных характеристик) является использование упрощенных моделей, устанавливающих аналитическую связь внешнего параметра (емкости перехода) о внутренними параметрами структуры (шириной области пространственного заряда).
Настоящая диссертационная работа посвящена созданию и апробации нового неразрушащего метода контроля параметров р-п перехода по спектральным характеристикам наведенного фототека. Метод основывается на новом понятиЕ - "функции собирания" р-п перехода, впервые предложенным Пятышевым Е.Н.
Основные задачи работы:
-
Разработка математического аппарата численного моделирования процессов разделения р-п переходом электронно-дырочных пар и протекания тока, наведенного ионизирувщим излучением.
-
Создание автоматизированного измерительно-вычислительного комплекса для получения спектральных; характеристик наведенного тока р-п структур и их обработки.
-
Разработка вффективнкх aлгоритмоB и создание на их базе программного комплекса решения интегрального уравнения, связывающего квантовый выход с функцией собирания и параметрами р-п структуры.
4. Проведение измерений и расчетов на серии тестовых
структур, изготовленных в различных технологических режимах, с целью
доказательства возможности применения метода, основанногс на понятии
функции собирания, для неразрушввдего межогорационнсго контроля
параметров р-п переходе
Научная новизна работы;
В диссертационной работе впервые:
I. Разработана и экспериментально опробована новая методика измерения пространственного распределения физико-технологических параметров по всей глубине п/п прибора, основанная на понятии функции собирания. Показано, что эта методика позволяет неразрушающим способом определять такие параметры р-п перехода, как глубина залегания, зависимость ширины области пространственного заряда от напряжения смещения на переходе дознанная длина неосновных носителей в базовой области -ая ^
2. Получены аффективные алгоритмы численного решения интегрального уравнения, связывающего функцию собирания с квантовым еыходом р-п перехода, далще устойчивые к малым изменениям в исходных данных решения.
3. Обнаружены отклонения хода зависимости ширины области
пространственного заряда от напряжения смещения на р-п переходе у
«следованных структур от обчепрянятых моделей резкого к линейного
перехода.
4. На осноБо модели формирования зависимости ширины области
пространственного заряда от напряжения смещения на переходе расчитан
профиль распределения легирукщей примеои в окрестности р-п перехода
на расстояниях порядка 100 мкм.
Практическая ценность.
В результате исследований продемонстрирована возможность использования метода, основанного на понятии функции собирания, для неразрушащего межоперационного контроля параметров р-п структур. Разработан измерительно-вычислительный комплекс, реализующий новуи методику исследования внутренних свойств полупроводниковых структур по спектрам наведенного тока.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Разработанный метод позволяет нвразрушавдим образом изучать
закономерности формирования р-п переходов, а также исследовать
влияние различных способов технологической обработки на
физико-технологические параметры перехода и их пространственное
распределение.
-
РазрЕботаяные алгоритмы численного решения интегрального уравнения, овязывающего квантовый выход с функцией собирания и параметрами р-п структуры, обеспечивают получение приближенных решений, УСТОЙЧИВЫХ к малым изменениям исходных данных.
-
Зависимость ширины области пространственного заряда от напряжения смещения на р-п переходе в реальных структурах имеет более сложный по сравнению с общепринятыми моделями резкого и линейного перехода.
Апробация работы. Основные результаты докдадавались:
- на XXX научно-технической конференции молодых ученых и
специалистоБ ВНИИТ, Ленинград, 1989;
на Всесоюзной научно-технической конферэнцки "Метрологические проблемы микроэлектроники", Мендедеево Моск. области, 1991;
на Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация измерений и контроля в электронной промышленности", Ленинград, 1991;
на международной научно-технической конференции "Физические аспекты надежности, методы и средства диагностирования интегральных схем", Воронеж, 1993;
- на научных семинарах кафедры "Физики полупроводников"
СШГТУ.
Публикации. Основное содержание работы раскрыто в публикациях: I. Кузнчев Д.В., Пятышев Е.Н. Автоматизированный комплекс для получения спектральных характеристик полупроводниковых р-п структур.-Тезисы докладов XXX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ВНИИТ, Ленинград, 1989, dlO-III.
2. Демидов Ю.Н., Куаичев Д.&., Плахотник А.И. Программно-аппа-
ратная реализация методики определения електрофизических параметров
полупроводниковых структур на основе фотоелектричеокого
зондирования. - Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической
конференции "Метрологические проблемы микроэлектроники", Менделеево
Моск. области, 1991, с.65-6в.
-
Кузичев Д.В. Определение параметров р-п перехода по спектральным характеристикам фототока.- Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация измерений и контроля в электронной промышленности", Ленинград, 1991, с.98-99.
-
Пятышев Е.К., Кузичев Д.В. Определение параметров р-п перехода по спектральным характеристикам фототока.- Измерительная техника, I991, N9, о.З.
-
Пятышев Е.Н., Иванов В.А., Кузичев Д.В. Новый метод нвразрушающвго контроля физико-технологических параметров р-п перэхода.-Тезисы докладов международной научно-технической конференции "Физические аспекты надежности, методы и средства диагностирования интегральных схем", Воронек, 1993, 0.43-44.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти