196262. lajstromszámú szabadalom • Eljárás félvezető anyagok és szerkezetek elektromosan aktív szennyezéseinek vizsgálatára és mérési elrendezés az eljárás foganatosítására
1 2 196 262 Ri a minta soros ellenállása a soros helyettesítő képben <i> a kapacitásujérés körfrekvenciája. A gyakorlatban még jellegzetesen előforduló 5 100-«ohm soros elfenállásértékú minták 1 MHz feledi frekvencia $$ctén már nem mérhetők, ezért ketéskcdehni forgalomba 1 MHz feletti mérófrckvenciájú kapacitásiadat nem hoznak. A gyakorlatban azonban számos olyan félvezető minta fordul 10 elő, amelynek soros ellenállása 100 ohmnál nagyobb. sőt még az 1 Mohm értéket is eléri. Ilyen minták PUTS módszerrel nem mérhetők, illetve mérésük esetén az érzékenység lényegesen a megkövetelt szint alá csökken. 15 A soros ellenállás mellett hasonló korlátot jelent a mintákon jelentkező szivárgási áramok söntölő, az érzékenységet csökkentő hatása. Kisebb-nagyobb szivárgási árammal záróirányú elófeszítés esetén a félvezető minta felületének tökéletlen- 20 sége miatt mindig számolni kell. A hivatkozott érzékenységi követelmény mellett a gyakorlatban legfeljebb 1 pA értékű szivárgási áram engedhető meg. Ezt a feltételt szintén nehéz teljesíteni, ezért ez a feltétel jelentősen korlátozza a vizsgálható 25 minták típusát és/vagy az elérhető érzékenységet. Az itt vázolt okok miatt adódó kb. 1 MHz-es Legmagasabb mérési frekvencia korlátozza a gerjesztő' és záróirányű impulzusokból álló vezérló impulzussorozat legnagyobb frekvenciáját is. 30 A kapacitásmérő válaszideje 1 MHz-es mérőfrekvencia esetén legalább 5 ps, és mérni csak legalább háromszor válaszidő kivárása után lehet. Ha a mérés és a kikapuzás időtartamát azonosra veszszük, akkor az impulzusok ismétlődési frekven- 35 ciája 25 kHz fölé nem emelhető. Ez az érték lényegesen nagyobb a gyakorlatban használt legmagasabb impulzus ismétlődési frekvenciájánál, amely jellegzetesen 3—4 kHz (lásd a 182777 Isz. HU szabadalmi leírást). 40 Ismert tény, hogy a DLTS mérést általában a hőmérséklet függvényében végzik. Ez hátrányos, mert a viszonylag nagy időigény mellett (elrendezéstől függően 20 perc — két óra) a hőmérséklet változtatása a vizsgált minta termikus hőkezelését 45 is jelenti, ami a hibaszerkezet átalakítását jelentheti. Az állandó fázishelyzetű lock-in DLTS elv (181136 számú HU szabadalmi leírás) esetén állandó hőmérsékletű, ún. frekvencia scan DLTS mérés is végezhető, ennek frekvenciatartománya 50 azonban korlátozott a kapacitásmérés frekvenciája által, azaz maximum 25 kHz lehet, míg gyakorlati okokból (túl hosszú mérési idő, a mérőrendszer termikus stabilitása stb.) 0,25 Hz alá nem célszerű menni. így a kapacittás DLTS mérés gyakorlatban 55 megvalósítható frekvenciaátfogása mindössze 5 nagyságrend. Dr. Ferenczi György: félvezető anyagok a struktúrák elektromosan aktív szerinyezéseinek vizsgálata c. cikkében (Híradástechnika XXXVI. 1985. 60 10. pp. 451—454) ismerteti a frekvencia scan DLD» mérést, aminek eredményeként olyan mély nívó spektrum adódik, amelynek szélsóértéke az adott szennyezésre jellemzó emissziós időállandóval arányos. A lehetséges maximális 104—105-sze- 65 rés frekvenciaátfogás mellett egy adott hőmérsékleten mintegy AE = 0,2 ~ 0,3 eV szélességű aktivációs energiatartományba cső mély nívók kimutatása lehetséges, ezért frekvencia schan módszerrel a gyakorlatilag fontos 0,05 eV—0,7 eV aktivációs energiatartomány csak több hőmérsékleten ismételten elvégezve fogható át. Itt jellegzetesen a 240 K és 330 K tartományra van szükség. Ahhoz, hogy a frekvencia scan módszerrel a teljes 0,05 eV— 0,7 eV tatomány egyetlen hómérsékleten átfogható legyen, 10u-szeres frekvenciaátfogásra lenne szükség, ami a vázolt korlátok miatt nem volt megvalósítható. A teljes mélynívó spektrum vizsgálatához ezért a hőmérséklet változtatása elkerülhetetlen volt, ami a termikus hőkezeléssel járó hátrányok biztos fellépését vonta maga után. Egy további korlátozó körülmény a kapacitás DTI-S mérés érzékenységének relatív jellege. Ismert tény, hogy ilyen méréseknél N-r _ AL ,,y. 2Nd Q, {) ahol Nr a mely nívó koncentrációja Nd sekély adalék koncentráció AC kapacitásváltozás Co a minta kapacitása. A gyakorlatban mérhető legkisebb kapacitásválíozás 2xl0~s pF (lásd pl. a 182777 számú magyar szabadalmi leírást). Ezt figyelembe véve az elérhető legnagyobb érzékenység = 2-10-‘ min (4) Tipikus adalék koncentrációk esetén ez 1010 atom/cm3 kimutatási limitet jelent. Lényeges felhívni a Figyelmet arra, hogy nagyobb adalék koncentrációk esetén a kimutatási limit csökken, ezért ilyen mintáknál a megkövetelt érzékenység nem érhető el. Dr. Ferenczy György hivatkozott cikke utal arra is, hogy DLTS méréseknél az (1) Összefüggésben szereplő a befogási hatáskeresztmetszet a gerjesztő impulzus szélességének változtatásával meghatározható. A mérés pontosságának határt szab a gerjesztő impulzus legkisebb szélessége, amely 1—2 ns, ami mellett o = KM5 cnF-nél nagyobb hatáskeresztmetszet nem mérhető, jóllehet a legnagyobb mérendő érték o = 10—12 cm2. Ez a korlát abból adódik, hogy kapacitásmérés esetén a vizsgált minta földfüggetlen, szigetelt kiszerelése szükséges. Miután a mérések a hómérséklet függvényében történnek, a gyakorlatban megvalósítható mérési elrendezések legalább 2x30 cm kábelhosszakat igényelnek. Ilyen kábelméretek mellett a legrövidebb gerjesztő impulzus nem lehet 1—2 ns-nél rövidebb. A fentieket összefoglalva a kapacitás DLTS mérésnél a gyakorlatban elérhető legjobb paraméterek a következők: — relatív érzékenység N-j/Nj, S 10~6, ami tipikusan Nt 1010 atom/cm3 detektálási limitet jelent; 3
