Диссертация (1091051), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Из принципов функционирования ячеек ЭНПизвестно, что для хранения информации, в область плавающего затворапомещается необходимое количество электронов. Избыток либо недостатокэлектронов, помещенных в область ПЗ, приводит к некорректной интерпретации110информационной составляющей ячейки памяти. Внесенные в структуру ячейкиЭНП электроны влияют на ее емкостные свойства. Таким образом, применениеметодики КСЕМ, для измерения емкостных свойств элементов хранения ЭНП,позволяет локализовать и проанализировать эффект избытка либо недостаткаосновных и неосновных носителей заряда в области плавающего затвора ячейкиЭНП. Рассмотрим возможности практического применения методики КСЕМ дляанализа емкостных свойств МДП-структур.3.2.2 Практическое применение методики КСЕМ в исследованииемкостных характеристик МДП-структур3.2.2.1 Измерения емкостных характеристик МДП-структур на основе СЗМ.Определение понятий чувствительности методики КСЕМ.
Характеристикиисследуемого образцаМетодика КСЕМ реализована на СЗМ ИНТЕГРА производства компанииНТ МДТ. В состав измерительной системы входят СЗМ, вкладыш для емкостныхизмеренийAU030NTF,внешнийблок,подложкисэлектрическимконтактом [150].В процессе измерений проводящий зонд СЗМ находится в контакте споверхностью полупроводника, покрытым слоем диэлектрика. Через омическийконтакт к полупроводнику приложено некоторое постоянное напряжениеЕмкость системы зонд-диэлектрик-полупроводник зависит от..Комплекс позволяет детектировать сигналы, характеризующие емкостныесвойства МДП-структур (Таблица 3.1).Производителем реализовано 2 способа измерения дифференциальнойемкостив методе КСЕМ.111Таблица 3.1 – Характеристика детектируемых сигналов.СигналОписание– сигнал, пропорциональный емкости системы зонд-образец– величина, характеризующая емкость образованную кончиком зондаи образцом– паразитная емкость, которую не удалось скомпенсировать всистемеВеличина пропорциональная дифференциальной емкостиСигнал, характеризующий наклон кривойвеличину(Рисунок 3.17) иСигнал, характеризующий наклон кривойПри измерении величины дифференциальной емкостипервымспособом в каждой точке области сканирования оцифровывается выходнойвысокочастотный (10 МГц) сигнал СЗМ () при двух значениях постояннойсоставляющей напряжения на образце, которые связаны с параметрами(напряжение смещения) и(изменение постоянной составляющейнапряжения на образце) следующим образом [150]:,,(3.18)при этом:(3.19)При вычитании двух полученных значений, определяется величина,пропорциональная дифференциальной емкости.(3.20)При измерениях вторым способом на зонд с генератора подаетсянизкочастотный (0,3 кГц) сигнал с амплитудой равной значению.
Этот сигналпоступает на вход синхронного детектора, обрабатывается и на выход выдаетсядва сигналаи.112Проведение измерений величинывторым способом существенноувеличивает скорость регистрации величины, и позволяет определить поее свойствам тип и степень легирования полупроводниковой структуры.Для анализа возможностей методики КСЕМ в области исследованияМДП-структур предложено ввести величинучувствительностьюизмеренийметодикипои назвать еевеличине,пропорциональнойемкости:(3.21)При этом чувствительность измерений будем определять, как способностьразличать между собой области МДП-структуры с емкостными свойствамиразной величины (рисунок 3.11).Рисунок 3.11 – Графическое представление величинИсследуемый образец, представляющий собой ИМС, утоненную со стороныкремниевой подложки до толщины 200 нм (обоснование выбора толщиныкремниевой подложки 200 нм описан в п.
3.2.2.4).3.2.2.2 Построение и анализзависимостей для МДП-структур сразличными емкостными характеристикамиИсследование высокочастотныхзависимостей позволяет получатьданные о локальных емкостных свойствах МДП-структур[151]. Принциппостроения кривойаналогичен измерениям методикой КСЕМ, за113исключением того, что измерения проводятся в точке и величинаизменяется в установленном пользователем диапазоне.Экспериментально определены зависимости дифференциальной емкости ивеличины, пропорциональной емкости от постоянной составляющей напряженияна образце, для двух МДП-структур с заведомо различными емкостнымихарактеристиками (Рисунок 3.12, 3.13).
Отличие емкостных характеристикисследуемыхМДП-структуробусловленоналичиемв ⁄преднамеренно инжектированных электронов.от Рисунок 3.12 – Зависимость величиныРисунок 3.13 – Зависимость величиныотоднойизних114Наличие в изоляторе и полупроводнике захваченных зарядов вызываетпараллельныйсдвигПоложительныеиивысокочастотныхотрицательныекривыхзарядывдольвызываютосинапряжения.сдвигкривыхвлево и вправо соответственно (Рисунок 3.14).Рисунок 3.14 – Зависимостиипри наличии захваченныхразноименных зарядов в изоляторе МДП-структуры [152]Анализ высокочастотныхикривых (Рисунок 3.12,3.13) показал возможность метода КСЕМ определять наличие, знак иотносительную величину заряда, внесенного в МДП-структуру. Исследованиеполученных зависимостей (Рисунок 3.12, 3.13) позволяет определить диапазонынапряжений режимов обогащения, обеднения и инверсии МДП-структур, оценитьих уровень для МДП-структур с различными емкостными свойствами.ПолученныеприпомощиметодикиКСЕМкривые(Рисунок 3.15) позволяют определить тип проводимости полупроводниковойструктуры.
При обогащении основными носителями емкость МДП-структурымаксимальна и определяется емкостью диэлектрика. В инверсионном режимеемкость МДП-структуры минимальна. Таким образом, если максимум115кривой лежит справа от минимума по оси напряжения, то подложка изготовлена– типа, если наоборот то – из– типа [153]. из полупроводникаРисунок 3.15 – Зависимость величиныотполупроводниковидлятиповЕмкость МДП-структур в области инверсии достигает минимальнойвеличины и определяется только емкостью области ионизированных доноров и емкостью диэлектрика. [154].Рисунок 3.16 – Зависимость величиныполупроводниковтипа иоттипа, для116При этом, чем меньше концентрация легирующей примеси, тем большеперепад емкости от минимального до максимального значений наблюдается наэкспериментально полученной высокочастотнойкривой (Рисунок 3.16).3.2.2.3 Анализ влияния радиуса и проводящего покрытия зонда СЗМ начувствительность метода КСЕМ.Качество результатов измерений электрофизических параметров методомКСЕМ зависит от 3 основных аспектов [155,156]:1.Чувствительность электронной компонентной базы прибора2.Подготовка образца3.Свойства зондов СЗМДадим оценку влияния геометрических размеров зонда и материала егопроводящего покрытия на результаты измерений электрофизических параметровМДП-структур.На характер взаимодействия зонда с образцом оказывают влияние тривеличины – радиус зонда, радиус контакта зонд-образецэлектрического взаимодействия зонд-образец, и радиус(Рисунок 3.17).Рисунок 3.17 – Модель взаимодействия СЗМ зонда с образцом [157]117Измерения методом КСЕМ, по своим свойствам, схожи с измерениемемкости плоского конденсатора.
При этом зонд СЗМ играет роль одной изобкладок. Таким образом, изменение геометрических размеров зонда окажетвлияние на емкость измеряемой системы.Для исследования влияния радиуса зонда СЗМ ( ) на результат измерений,методом сфокусированного ионного пучка был изменен параметрСЗМ (Рисунок 3.18), для стандартного зонда =20 нм.Рисунок 3.18 – Модифицированные зонды СЗМу 6 зондов118Измерения величиныпроводились на одном и том жеобразце при одинаковых условиях (Рисунок 3.19).
Геометрические размерыизмеряемыхобластейМДП-структурсразличнымиемкостнымихарактеристиками составляют: ширина 400 нм, длина 2 мкм.Рисунок 3.19 – Зависимость величиныотАнализ экспериментальной зависимости (Рисунок 3.19) показал, чтонаибольшая чувствительность измерений методом КСЕМ достигается прииспользовании зондов, радиус которых сопоставим с геометрическими размерамиизмеряемой области МДП-структуры.
При этом увеличение параметраоказывает негативное влияние на латеральное разрешение метода.При измерениях методом КСЕМ используются специальные проводящиезонды с платиновым покрытием. Методом осаждения из газовой фазы на зондСЗМ был нанесен слой вольфрама (Рисунок 3.20).Величина удельной проводимости у вольфрама выше, чем у платины [158].119Рисунок 3.20 – Модифицированный вольфрамом зонд СЗМИспользуя модифицированный вольфрамом и стандартный зонды СЗМбыли проведены измерения величиныдля одного и того жеобразца (Рисунок 3.21).Рисунок 3.21 – Сравнение величиныдля модифицированного истандартного зондов СЗМТакимобразом,модификациязондаСЗМвольфрамомповышаетчувствительность измерений метода на 12%, за счет лучшего показателя уровняпроводимости W по сравнению с Pt.1203.2.2.4 Анализ влияния толщины подложки на чувствительность методикиКСЕМ по величине пропорциональной емкости МДП-структуры.Подготовка образца для измерений методикой КСЕМ предусматриваетутонение кристалла ИМС со стороны кремниевой подложки (Рисунок 3.22).Проведем анализ влияния толщины кремния ( ), оставшегося после процедурыподготовки на чувствительность измерений.ПодзатворныйдиэлектрикКремниевая подложка,толщиной 200 нм.УправляющийзатворПлавающийзатворРисунок 3.22 – Структура исследуемого образцаЭкспериментально построена зависимость влияния значения толщины(Рисунок 3.23).кремния наТщ ннйж, нмРисунок 3.23 – Зависимость величиныот121Исследование зависимости (Рисунок 3.23) показали, что призначение величины=200 нммаксимально.
Из определения емкостиплоского конденсатора:,где– электрическая постоянная,проницаемость,(3.22)– относительная диэлектрическая– площадь пластин конденсатора,– расстояние междупластинами, можно сделать вывод, что емкость обратно пропорциональнарасстоянию между пластинами.Однако, для экспериментальной зависимости (Рисунок 3.23), данноеутверждение выполняется допропорциональной.измерительной=200 нм. Затем зависимость становится прямоВозможно,системы,этовявлениечастностисвязаноснесовершенствомневозможностьюполностьюскомпенсировать все паразитные емкости, оказывающие влияния на проведениеизмерений.3.3 Исследование поверхностного потенциала МДП -структурметодом зонда Кельвина3.3.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
