[發(fā)明專利]一種介電溫度系數(shù)修正的深能級(jí)瞬態(tài)譜測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110011402.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-06
• 公開（公告）號(hào): CN112786472B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾慧中;唐義強(qiáng);孟奔陽(yáng);肖化宇;楊瀟;張文旭;張萬(wàn)里;李言榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/66
• 分類號(hào): H01L21/66
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件的測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種介電溫度系數(shù)修正的深能級(jí)瞬態(tài)譜測(cè)試方法。本發(fā)明通過(guò)結(jié)合DLTS測(cè)試的等效電路，分析了MIS結(jié)構(gòu)中絕緣層電容對(duì)DLTS信號(hào)的影響，再對(duì)DLTS測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出MIS結(jié)構(gòu)中絕緣層電容的影響因子α，然后根據(jù)DLTS譜線數(shù)據(jù)和影響因子對(duì)原始的DLTS信號(hào)譜經(jīng)行了修正，得到了準(zhǔn)確的DLTS信號(hào)譜。解決了介電常數(shù)對(duì)溫度有依賴性的材料制作成MIS結(jié)構(gòu)時(shí)，現(xiàn)有DLTS測(cè)試不準(zhǔn)確的問(wèn)題，最終本發(fā)明準(zhǔn)確的得到了該類MIS結(jié)構(gòu)的缺陷能級(jí)、陷進(jìn)濃度和截獲面積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件的測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于鎖相放大技術(shù)的DLTS測(cè)量的方法，更具體的為一種介電溫度系數(shù)修正的深能級(jí)瞬態(tài)譜測(cè)試方法。

背景技術(shù)

深能級(jí)瞬態(tài)譜(deep level transient spectroscopy，DLTS)是半導(dǎo)體領(lǐng)域研究和檢測(cè)半導(dǎo)體雜質(zhì)、缺陷深能級(jí)和界面態(tài)等的重要技術(shù)手段。應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域時(shí)，可給出表征半導(dǎo)體禁帶范圍內(nèi)的雜質(zhì)、缺陷深能級(jí)及界面態(tài)隨溫度(即能量)分布的DLTS譜；DLTS可以以微觀物理量的變化來(lái)解釋半導(dǎo)體器件電特性退化原因。

DLTS技術(shù)最先應(yīng)用于不對(duì)稱的PN結(jié)或者肖特基結(jié)結(jié)構(gòu)的樣品。該技術(shù)的檢測(cè)靈敏度通常為半導(dǎo)體材料中摻雜濟(jì)濃度的萬(wàn)分之一甚至更低的缺陷，可得到如多數(shù)載流子陷阱、少數(shù)載流子陷阱、陷阱濃度及分布、陷阱能級(jí)、截獲面積等諸多信息。

隨DLTS技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)被應(yīng)用于金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，其往往為n型Si或p型Si的基底，這種樣品中基底的電容和絕緣層的電容在整個(gè)溫度范圍上基本不會(huì)發(fā)生太大的變化，其介電常數(shù)與溫度依賴性不強(qiáng)。但是，對(duì)于介電常數(shù)對(duì)溫度有依賴性的材料(如氧化哈HfO₂、鈦酸鍶STO)制備的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOS結(jié)構(gòu))，也是金屬-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(MIS結(jié)構(gòu))。該結(jié)構(gòu)相比于肖特基結(jié)結(jié)構(gòu)的樣品，新增加的絕緣層會(huì)給DLTS測(cè)試帶來(lái)新的影響。在經(jīng)過(guò)Ar+轟擊的STO上存在著一種現(xiàn)象：隨著溫度的降低，被轟擊過(guò)的STO導(dǎo)電層的電導(dǎo)和電容會(huì)急劇增加，介電常數(shù)會(huì)隨溫度的變化急劇變化。對(duì)于這類樣品須考慮介電常數(shù)變化對(duì)DLTS影響，因此當(dāng)前DLTS技術(shù)的適用性存在一定的局限。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在問(wèn)題或不足，本發(fā)明的目的在于為介電常數(shù)對(duì)溫度有依賴性的MIS結(jié)構(gòu)器件，提供一種介電溫度系數(shù)修正的深能級(jí)瞬態(tài)譜測(cè)試方法，以改善DLTS技術(shù)的適用性，解決當(dāng)前DLTS技術(shù)面對(duì)這種情況不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

一種介電溫度系數(shù)修正的深能級(jí)瞬態(tài)譜測(cè)試方法，包括如下步驟：

步驟1:對(duì)目標(biāo)樣品進(jìn)行DLTS測(cè)試，收集不同溫度下目標(biāo)樣品的電容瞬態(tài)信息，得到不同溫度下電容瞬態(tài)C-t曲線，然后隨機(jī)選取兩個(gè)固定的時(shí)間t₁，t₂所對(duì)應(yīng)的電容相加，以得到不同溫度的電容變化量，電容變化量ΔC可表示為：

其中C(t₁)、C(t₂)是t₁，t₂時(shí)刻的測(cè)試電容，n_T是陷阱中的電子濃度，C₀是單位面積缺陷電容，N_D是摻雜濃度，τ_n時(shí)間常數(shù)。DLTS信號(hào)常常使用ΔC/C₀來(lái)表示，改變時(shí)間t₁，t₂可以得到多條曲線，得到原始的DLTS信號(hào)譜線圖。

步驟2：在某個(gè)溫度上ΔC會(huì)存在極值，根據(jù)步驟1得到的原始DLTS信號(hào)譜線圖，對(duì)公式1關(guān)于τ_n求導(dǎo)，以得到曲線極值點(diǎn)，即得到極值溫度。不同的時(shí)間t₁，t₂可以得到多條曲線，每一條曲線都有一個(gè)極值溫度和相對(duì)應(yīng)時(shí)間常數(shù)τ_n。

假設(shè)目標(biāo)樣品存在缺陷能級(jí)為ΔE的缺陷，則該缺陷對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)τ_n為：