SU805781A1 - Устройство дл измерени профил легирующей примеси в полупроводниковых структурах - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электронной промьшшенности, предназначено дл  измерени  профил  распределени  легирующей примеси- в полупроводниковых структурах с помощью резкого диффузионного р-п-перехода или барьера Шоттки и может быть применено при разработке и производстве полупроводниковых приборов различных типов ..

Известны устройства дл  измерени  профил  легировани  в полупроводниковых структурах, в которых на одной из поверхностей структуры формируетс  диод с барьером Шоттки и измер ютс  напр жени  первой и второй гармоник на диоде при условии посто нства тока первой гармоники .через диод. Одно из известных устройств содержит источник обратного смещени , генератор гармонических колебаний , соединенный с исследуемым образцом (диодом), к которому подключены селективные вольтметры первой и второй гармоник. Амплитуда второй гармоники здесь мен етс  обратно пропорционально концентрации легирук цей примеси на глубине, определ емой величиной обратного смещени , подаваемого на диод, а амплитуда первой гармоники пр мо пропорциональна глубине Cl}.

Другое известное устройство дл  измерени  профил  легировани  в полупроводниковых структурах, содержащее источник обратного смещени , генератбр переменного тока, соединенный или с p-h-переходом или с емкостным электродом, исамописец, регистрирующий, амплитуды первой и второй гармоник, обеспечивает возможность графического построени  профил  легировани  С2.

Недостатками этих устройств  вл ютс  трудность поддержани  посто нства тока через диод при изменении напр жени  смещени  (глубины), ограничение диапазона измерений вли ни  паразитных емкостей манипу-., л тора и схемы и трудность выделени  второй гармоники на фоне первой, что в конечном счете приводит к низкой точности измерений.

Наиболее близким по своей технической сущнорти к изобретению  вл етс  устройство, содержащее источник обратного смещени , управл емый генератор гармонических колебаний, па- раллельный колебательньой контур, нас троенный на вторую гармонику колебаний генератора, селективные вольтметры первой и второй гармоник и фильтр первой гармоники. Испытуема  структура включена между выходом источника обратного смещени  и параллельным колебательным контуром, соединен ным через фильтр первой гармоники с регулирующим входом управл емого reнератора гармонических колебаний, регулируемый выход которого подключен к селективному вольтметру первой гар ;

МОНИКИ ГЗ .

Напр жение первой гармоники, вьще5 л емое фильтром, управл ет выходным напр жением генератора так, чтобы падение напр жени  первой гармоники на колебательном контуре оставалось посто нным . Одновременно это обеспечит

0 посто нство тока через образец.

Недостатками этого устройства  вл ютс  ограниченный диапазон и низка  точность измерени  концентрации и глу бины. Св зано это с тем, что напр жее ние второй гармоники измер етс  не на диоде, а на контуре. Очевидно, что точность измерений будет тем выше, чем больше резонансное сопротивление контура по сравнению с емкостным со противлением диода, т.е. чем больше добротность контура. В этом случае падением напр жени  на диоде можно пренебречь и считать, что напр жение второй гармоники, возникающее на

5 Диоде и обратно пропорциональное концентрации примеси, в точности рав но измер емому.. .

Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона и увеличение точности измерений.

0 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  профил  легарующей примеси в полупроводниковых .структурах, содержащее источник обратного смещени , управл емый генератор гармонических колебаний , параллельный колебательный контур, настроенный на вторую гармонику колебаний генератора, селективные вольтметры п ервой и второй

0 гармоник и фильтр первой гармоники, причём испытуема  структура включена между выходом источника обратного смещени  и параллельным колебательным контуром, соединенным через

с фильтр первой гармоники с регулирующим входом управл емо генератора гармонических колебаний, регулируемый выход которого подключен к селективному Iвольтметру первой гармо„ НИКИ, введены управл емый источник

второй гармоники, коммутатор и

фильтр, выдел ющий вторую гармонику, причем коммутатор соединен с регулируемым выходом управл емого, генератора гармонических колебаний, с

5 выходом источника обратного смещени , селективным во.пьтметром второй гармоники и выходом управл емого источника второй гармоники, сигнальный вход которого соединен с нерегулируемым выходом генератора, а регулирующий вход череэ фильтр, выдел ющий вторую гармонику, подключен к колебательному контуру.

На чертеже приведена функциональна  схема предлагаемого устройств,/ Устройствосодержит управл емый генератор 1 гармонических колебаний частоты ш образец 2, параллельный колебательный контур 3, настроенный на частоту 2, источник 4 обратного смещени , селективные вольтметры 5 и б первой и второй гармоник соответственно , фильтр 7. первой гармоники , коммутатор 8, управл емый источник 9 второй гармоники, фильтр 10 выдел ющий вторую гармонику, кварцевый генератор 11, регулируемый усилитель 12, фильтр 13 нижних частот, селективный усилитель 14 первой гармоники , детектор 15, дифференциальный усилитель 16, селективный усилитель 17 второй гармоники, детектор 18, фазовый детектор 19, умножитель 20 частоты, регулируемый усилитель 21. Устройство работает, следующим образом . С кварцевого генератора 11 управл емого генератора 1 колебани  частоты UI поступают на регулируемый усилитель 12 и далее на фильтр 13 нижних частот, необходимый дл  подав лени  второй и.высших гармоник основ ной частоты UJ, которые имеютс  на выходе генератора 11, и кроме того, возникают в регулируемом усилителе : 12, работающем в нелинейном режиме. С вькода фильтра синусоидальные колебани  частоты со через контакты коммутатора 8 подаютс   на измеритель ную цепь, представл ющую собой последовательное соединение испытуемого образца 2 и колебательного контура 3, имеющего резонанс на частоте 2ш. Сюда же поступает напр жение об- ратного смещени  от источника 4. Под действием протекающего .через образец гармонического тока частоты to из-за нелинейных свойств барьерно емкости по вл етс  ток второй гармоники . Оба тока создают на контуре 3 падени  напр жений первой и второй гармоник соответственно. Напр жение первой.гармоники выдел етс  с помощь фильтра 7 первой гармоники, представ л ющего собой селективный усилитель 14 первой гармоники, детектор 15 и дифференциальный усилитель 16, выполн ющий функции усилител  ошибки На второй вход усилител  16 подаетс  опорное напр жение Up, с которым сравниваетс  напр жение первой гарМОНИКИ на контуре, усиленное усилите лем 14 и продетектированное детектором 15. Напр жение с выхода усилител  16 подаетс  на регулирующий вход усилител  12 с тем расчетом, чтобы при изменени х барьерной емкости образца 2 оставалось посто нным падени напр жени  первой гармоники на колебательном контуре 3. Это одновременно будет означать посто нство тока через испытуемый образец. Тогда напр жение на выходе генератора будет целиком определ тьс  величиной барьерной емкости, а именно, будет пр мо пропорционально ширине обедненной области р-п-перехода или барьера Шоттки, т.е. глубине, на которой измер етс  концентраг и  примеси. Выходное напр жение генератора 1, соответствующее этой глубине, измер етс  селективным вольтметром 5., . Намерение величины напр жени  второй гармоники на контуре, обратно пропорциональной концентрации, производитс  методом замещени . Дл  этого напр жение второй гармоники выдел етс  с помощью фильтра 10 второй гармоники, где оно усиливаетс  селективным усилителем 17 второй гармоники и детектируетс  с помощью детектора 18, .выходное напр жение которого запоминаетс  (фиксируетс J. Затем контакты коммутатора 8 перевод тс  в другое положение (П ), и на ту же измерительную цепь при тех же самых услови х подаетс  напр жение второй гармоники с управл емого источника второй гармоники такой величины, чтобы напр жение на выходе детектора 18 было тем же, что и ранее, когда контакты коммутатора 8 находились в пол;;ожении I. Это будет означать, что па р.ек е напр жени  второй гармоники на колебательномконтуре в первом и втором случа х одинаково, а напр жение на выходе управл емого исто ника- 9 в точности равно падению напр жени  второй гармоники на образце 2 при протекании через него тока первой гармоники , поскольку и то и.другое напр жени  создают на контуре 3 падение напр жени  второй гармоники одинаковой величины. Напр жение на выходе источника 9 измер етс  селективным вольтметром 6,. Регулируемый источник 9 второй гармоники представл ет собой умножитель 20 частоты, где частота исходных колебаний кварцевого генератора 11 удваиваетс , и регулируемый усилитель 21, На его регулирующий вход с выхода фильтра 10 подаетс  напр жение так, чтобы свести к нулю разницу между падением напр жени  второй гармоники, возникающим на контуре при прохождении через образец тока основной частоты, и падением напр жени , второй гармоники при подаче .на измерительную цепь напр жени  второй гармоники с регулируемого источника 9 второй гармоники , т-,е. в положени х I и II коммутатора 8. Фазовый детектор 19 в филь тре- 10 служит дл  обеспечени  устойчивой работы системы автоматического регулировани  второй гармоники и выполн ет функции фазового различител  и пикового детектора. Таким образом, напр жение, измор емое вольтметром 5, будет Лр мо

пропорционально глубине, а напр жение , измеренное вольтметром б, об- . ратно пропорционально концентрации при Любой величине резонансного сопротивлени  контура Г добротностиJ и любой веьличине барьерной емкости образца 2. Точность измерений будет определ тьс  здесь лишь точностью поддержани  посто нства тока первой гармоники через образец, котора , в свою очередь, оире дел етс  величиной ,10 коэффициентов усилени  усилителей 14, 16, фильтра 7 и точностью, с ко- , торой подщерш11 аетс  равенство падений напр жений на контуре в полшсении

1 и П коммутатора 8. Последн   будет определ тьс  величиной коэффициента усилени  усилител  17 фильтра 10. Как показывают расчеты, величина указанных коэффициентов, равна  10 и больше, позвол ет производить измерени  концентрации и глубины с точностьй единиц процентов и выше. Диапазон измерений определ етс  динамическим диапазоном регулируемых усйЛ1ителей 12 и 21,которой без особых трудностей мо«ет вить сделан более 40 дб, что позвол ет повысить точность Измерений и улучшить качество контрол  полупррводн иковых структур.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ЛЕГИРУЮЩЕЙ ПРИМЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ, содержащее источник обратного смещения, управляемый-генератор гармонических колебаний, параллельный колебательный контур, настроенный на вторую гармонику колебаний генератора, селективные вольтметры первой и второй гармоник и фильтр первой гармоники, причем испытуемая структура включена между выходом источника обратного смещения й параллельным колебательным контуром, соединенным через фильтр первой гар« мояики с регулирующим входом управляемого генератора гармонических колебаний, регулируемый выход которого подключен к селективному вольтметру первой гармоники, отличаю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона и увеличения точности измерений, в него введены управляемый источник второй гармоники, коммутатор и фильтр, выделяющий вторую гармонику, причем коммутатор соединен срегулируемым выходом Управляемого генератора гармонических колебаний, с выходом источника обратного смещения, селективным вольтметром второй гармоники и выходом управляемого источника второй гармоники, сигнальный вход которого соединен с нерегулируемым Выходом генератора, а регулирующий вход через фильтр, выделяющий вторую гармонику, подключен к колебательному контуру.

   а»JSU а» 805781