Przedmiotem wynalazku jest sposób i urzadzenie do pomiaru usrednionej koncentracji domie¬ szek i grubosci kanalu w tranzystorach MOS z kanalem wbudowanym.Znane sa dotychczas dwie metody pomiaru koncentracji domieszek i grubosci kanalu oparte na pomiarze napiecia progowego i napiecia inwersji w funckji napiecia podloza.Pierwsza z nich opisana w publikacji D.S.Wu — „Extraction of average doping density and junction depth in an ion — implanted deep-depletion transistor" — IEEE Trans, on El. Devices, 1980, vol ED-27, no.5, przyjmuje znaczne uproszczenie pomiaru zakladajac, ze zaleznosc napiecia progowego w funkcji napiecia podloza jest liniowa. Uproszczenie to jest zródlem bledu pomiaru zwlaszcza dla wyzszych napiec podloza i silnie implantowanych tranzystorów. Ponadto przy tej metodzie pomiaru trzeba znac wartosc napiecia plaskich pasm, czyli nalezy przeprowadzic dodat¬ kowo pomiary tego napiecia.Druga metoda opisana w publikacji^. A. Haken — „Analysis ofthe depletion MOS-FETand the use of the D.C. characteristics for determining bulk — channel charge — compled device parameters" — Solid-State Electronics, 1978, vol. 21, umozliwa wyznaczenie jedynie koncentracji domieszek z zaleznosci napiecia inwersji od napiecia podloza, natomiast grubosc kanalu mozna wyliczyc z odpowiednich zaleznosci matematycznych. W metodzie tej trudne do okreslenia jest napiecie inwersji a zastosowanie tej metody jest ograniczone, gdyz w tranzystorze MOS z kanalem wbudowanym nie zawsze wystepuje stan inwersji.W znanych urzadzeniach do pomiaru usrednionej koncentracji domieszek i grubosci kanalu w tranzystorach MOS z kanalem wbudowanym stosowane sa woltomierze do pomiaru napiecia stalego na elektrodach tranzystora oraz mikroamperomierz do pomiaru pradu drenu. Do poszcze¬ gólnych elektrod tranzystora dolaczone sa typowe zasilacze napiecia stalego. Zmieniajac punkt pracy tranzystora przez zmiane napiecia stalego na bramce i odczytujac prad drenu otrzymuje sie pomiary charakterystyk przejsciowych tranzystora, z których posrednio z odpowiednich zale¬ znosci matematycznych wyznacza sie usredniona koncentracje domieszek i grubosci kanalu.Woltomierze mierzace napiecie stale na bramce, drenie i podlozu tranzystora sa dolaczone doi i 2 128 557 bramki, drenu i podloza oraz masy ukladu, a mikroamperomierz wlaczony jest pomiedzy dren a zródlo napiecia stalego polaryzujacego dren tranzystora.Istota spsobu wedlug wynalazku polega na tym, ze na bramke tranystora MOS z kanalem wbudowanym podaje sie sygnal sinusoidalny i na podloze równiez sygnal sinusoidalny lecz przesuniety w fazie o 180 stopni, w stosunku do sygnalu na bramce i utrzymuje sie staly prad drenu dla napiec polaryzujacych i tak ustala sie wielkosci amplitudy sygnalów sinusoidalnych aby uzyskac zerowa wartosc skladowej zmiennej pradu drenu.Znajac wartosci amplitud sygnalów sinusoidalnych otrzymuje sie wielkosc pochodnej napiecia progowego na napieciu podloza. Nastepnie zachowuje sie stala wartosc pradu drenu przez zmiane stalej polaryzacji na podlozu i na bramce i przeprowadza sie szereg kolejnych pomiarów otrzymu¬ jac linie prosta uwidoczniajaca zaleznosc pochodnej napiecia progowego po napieciu podloza w funkcji napiecia podloza. Wykorzystujac otrzymana prosta, z punktu przeciecia sie jej z osia rzednych wyznacza sie usredniona wartosc koncentracji domieszek natomiast z jej nachylenia wyznacza sie grubosc kanalu tranzystora MOS z kanalem wbudowanym.Istota urzadzenia wedlug wynalazku polega na tym, ze zawiera ono generator sinusoidalny polaczony z wejsciem pierwszego wzmacniacza operacyjnego, którego to wejscie polaczone jest nastepnie poprzez rezystor zmienny z jego wyjsciem oraz z woltomierzem mierzacym napiecie stale lub zmienne na bramce i z bramka tranzystora MOS. Do drugiego wejscia pierwszego wzmacniacza operacyjnego dolaczony jest rezystor zmienny regulujacy poziom napiecia stalego na bramce tranzystora. Jednoczesnie wyjscie pierwszego wzmacniacza operacyjnego polaczone jest poprzez szeregowy uklad kondensator-rezystor z wejsciem drugiego wzmacniacza operacyjnego i poprzez rezystor zmienny z jego wyjsciem, do którego dolaczonyjest woltomierz mierzacy napiecie stale lub zmienne na podlozu i podlozem tranzystora. Do drugiego wejscia tego wzmacniacza dolaczonyjest rezystor zmienny regulujacy poziom napiecia stalego na podlozu. Dren tranzystora polaczonyjest poprzez mikroamperomierz, mierzacy skladowa stala pradu drenu i równolegle do mikroampero- mierza wlaczony nanowoltomierz mierzacy skladowa zmienna pradu drenu, ze zródlem zasilania.Zródlo tranzystora MOS polaczone jest z masa ukladu.Rozwiazanie wedlug wynalazku umozliwia w sposób stosunkowo prosty i dokladny okreslenie usrednionej koncentracji domieszek i grubosci kanalu w tranzystorach MOS z kanalem wbudowa¬ nym umozliwiajac zwiekszenie dokladanosci modeli matematycznych tych tranzystorów przy projektowaniu ukladów scalonych za pomoca analizy komputerowej. Rozwiazanie znajduje tez zastosowanie do kontrolijakosci procesu implantacji, umozliwiajac posrednio zwiekszenie uzysku produkcyjnego wytwarzanych elementów pólprzewodnikowych.Przedmiot wynalazku jest blizej omówiony na podstawie rysunku, którego fig. 1 przedstawia liniowa zaleznosc pochodnej napiecia progowego po napieciu podloza w funkcji napiecia podloza a fig. 2 — uproszczony schemat urzadzenia.Podstawe sposobu wedlug wynalazku stanowi wzór na pochodna napiecia progowego , xk xox r NA • Nd ( + ) * V2esq 6UT= Na e, €ox Na+Nd 5Ubs Na +Nd 2 yj gdzie: 8Uj— pochodna napiecia progowego, 5Ubs — pochodna napiecia podloza, Na— koncen¬ tracja domieszek w podlozu, Nd — koncentracja domieszek w kanale, xk — grubosc kanalu, e»— przenikalnosc wzgledna pólprzewodnikowa, xox — grubosc dielektryka, eox — przenikalnosc wzgledna dielektryka, q — ladunek elementarny, b — bariera potencjalu zlacza kanal-podloze, Ubs — napiecie podloza.Z równania tego wynika, ze liniowa zaleznosc SUT 1 SUbs \/ umozliwa wyznaczenie koncentracji domieszek Nd oraz grubosci kanalu XkO ile znane sa wartosci Na oraz xox. Pozostale parametry wystepujace we wzorze sa stalymi fizycznymi lub materialowymi, natomiast wartosc Z definicji napiec )i progowego jako napiecia bramki odpowiadajacego okreslonej stalej wartosci pradu drenu cynika, ze wyzej wymieniony wzór mozna przedstawic w postaci AUgs Na i 1 xk x0x / NA ' ND' 1 = -/_(_+_)V2cfl • m AUbs Na + Nd ) 2 es €ox Na+Nd yJipB - Ubs" przy czym: AUGs —amplituda sygnalu sinusoidalnego na bramce, AUBs — amplituda sygnalu sinusoidalnego na pcjdlozu.Pomiar zaleznosci przedstawionych w tym wzorze polega na jednoczesnej regulacji napiecia polaryzacji bramki i podloza oraz regulacji amplitud sygnalów sinusoidalnych AUgs i AUbs, które sa przesuniete wzgledem siebie o 180 stopni, tak aby uzyskac staly prad drenu dla napiec polaryzu¬ jacych oraz zerowa wartosc skladowej zmiennej pradu drenu. Otrzymane wyniki pomiarów daja liniowa zaleznosc przedstawiona na fig. 1 rysnku. Z nachylenia prostej P wyznacza sie grubosc kanalu Xk a z przeciecia sie prostej P z osia rzednych wyznacza sie koncentracje domieszek Nd.Schemat przykladowego rozwiazania urzadzenia do pomiaru koncentracji domieszek i gru¬ bosci kanalu w tranzystorach MOS z kanalem wbudowanym pokazany jest na fig. 2 rysunku.Urzadzenie zawiera generator sinusoidalny G polaczony poprzez rezystor Ri z wejsciem wzmacniacza operacyjnego Wi oraz poprzez rezystor zmienny R2 z wyjsciem wzmacniacza Wi, woltomierzem Vi i bramka tranzystora T. Drugie wejscie wzmacniacza Wi polaczone jest z rezystorem zmiennym R3 regulujacym poziom napiecia stalego na bramce tranzystora T. Wyjscie wzmacniacza Wi polaczone jest poprzez kondensator C i rezystor R4 z wejsciem wzmacniacza operacyjnego W2 oraz poprzez rezystor zmienny R5 z jego wyjsciem oraz z woltomierzem ¥2 i podlozem tranzystora T. Drugie wejscie wzmacniacza W2 polaczonejest z rezystorem zmiennym Ró regulujacym poziom napiecia stalego na podlozu. Zródlo tranzystora T polaczone jest z masa ukladu, natomiast jego dren polaczony jest poprzez mikroamperomierzA mierzacy skladowa stala pradu drenu z bateria zasilania B. Równolegle do mikroamperomierza A wlaczonyjest nanowolto- mierz selektywny V3 mierzacy skladowa zmienna pradu drenu.Urzadzenie do pomiaru koncentracji i grubosci kanalu w tranzystorach MOS z kanalem wbudowanym dziala nastepujaco. Sygnal sinusoidalny z generatora G o czestotliwosci 1 kHz i amplitudzie 20 mV jest podawany przez dopasowujacy rezystorRi na wejscie wzmacniacza opera¬ cyjnego Wi gdzie jest sumowany ze skladowa regulowana rezysotrem R3 w zakresie od - 15 V do +15 V. Rezystor R2 sluzy do regulacji amplitudy malego sygnalu sinusoidalnego. W ten sposób na wyjsciu wzmacniacza Wi otrzymuje sie napiecie bramki zlozone ze skladowych stalej i zmiennej o niezaleznie regulowanych wartosciach amplitud.Analogicznie dziala wzmacniacz operacyjny W2, na którego wyjsciu otrzymuje sie napiecie podloza ze skladowa zmienna przesunieta o 180 stopni w stosunku do skladowej zmiennej napiecia bramki. W obwodzie drenu mierzonej tranzystora T jest wlaczony mikroamperomierz A do pomiaru skladowej stalej pradu drenu oraz nanowoltomierz selektywny V3 sluzacy jako wskaznik zerowej wartosci skladowej zmiennej pradu drenu. Woltomierz Vi mierzy stale napiecie na bramce a woltomierz V2 napiecie na podlozu.Dzieki zastosowaniu opisanego sposobu i urzadzenia do pomiaru usrednionej koncentracji domieszek i grubosci kanalu w tranzystorach MOS z kanalem wbudowanym uzyskuje sie wyniki pomiarowe o 30% lepsze od wyników uzyskiwanych w metodach stosowanych dotychczas przez co uzyskuje sie lepsza zgodnosc modeli matematycznych tych tranzystorów z wynikami doswiadczal¬ nymi oraz lepiej kontroluje sie proces implantacji jonów zwiekszajac posrednio uzysk produkcyjny.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób pomiaru usrednionej koncentracji domieszek i grubosci kanalu w tranzystorach MOS z kanalem wbudowanym wykorzystujacy zaleznosc napiecia progowego od napiecia pod¬ loza, znamienny tym, ze na bramke tranzystora podaje sie sygnal sinusoidalny (AUgs) a na podloze równiez sygnal sinusoidalny (AUbs) przesuniety wzgledem sygnalu (AUgs) podanego na bramke4 128 557 tranzystora o 180 stopni i przy zachowaniu stalego pradu drenu dla napiec polaryzujacych tak ustala sie wielkosc drugiego sygnalu sinusoidalnego (AUbs) aby uzyskac zerowa wartosc skladowej zmiennej pradu drenu a nastepnie — przy zachowaniu stalej wartosci pradu drenu — zmieniajac stala polaryzacje na podlozu i na bramce — przeprowadza sie szereg kolejnych pomiarów otrzymu¬ jac prosta (P) uwidoczniajaca liniowa zaleznosc pochodnej napiecia progowego po napieciu podloza w funkcji napiecia podloza (Ubs), przy czym z punktu przeciecia sie prostej (P) z osia rzednych wyznacza sie usredniona wartosc koncentracji domieszek, natomiast z nachylenia prostej (P) wyznacza sie grubosc kanalu. 2. Urzadzenie do pomiaru usrednionej koncentracji domieszek i gubosci kanalu w tranzysto¬ rach MOS z kanalem wbudowanym zawierajace mierniki napiecia i pradu oraz zródla napiecia stalego zasilajace dren, podloze i bramke, znamienne tym, ze zawiera generator sinusoidalny (G) polaczony poprzez rezystor (Ri) z jednym z wejsc wzmacniacza operacyjnego (Wi) oraz poprzez rezystor zmienny (R2) z wyjsciem wzmacniacza (Wi), woltomierzem (Vi) i bramka tranzystora (T) a wyjscie wzmacniacza (Wi) polaczone jest poprzez kondensator (C) i rezystor (R4) z wejsciem wzmacniacza (W2) oraz poprzez rezystor zmienny (R5) z jego wyjsciem, z woltomierzem (V2) i podlozem tranzystora (T), przy czym do drugich wejsc wzmacniaczy (Wi) i (W2) wlaczone sa odpowiednie rezystory zmienne (R3 i Ró), natomiast zródlo tranzystora (T) polaczone jest z masa ukladu a jego dren polaczony jest, poprzez mikroamperomierz (A) z dolaczonym równolegle do niego nanowolotmierzem (¥3), ze zródlem zasilania (B).Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl PL