Зарядовые явления в структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) в составе IGBT - файл n1.doc

Зарядовые явления в структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) в составе IGBT
скачать (2519 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2519kb.02.11.2012 21:05скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   13

1.10. Вывод.


Управляющей частью IGBT является полевая часть прибора, поэтому параметры её работы будет определять качество окисла и состояние межфазной границы раздела МДП. В составе IGBT можно выделить две МДП-структуры. Первая из них это затворная структура МДП-транзистора, вторая – структура, включающая в себя межфазную границу раздела - области охранных колец и окисла, использующегося в качестве защитной маски (см. рис. 1.12.). Так, параметры затворной МДП-структуры будут определять величину порогового напряжения прибора, а параметры МДП-структуры охранной области – величину пробивного напряжения.

Решающее воздействие на качество МДП-структур оказывают такие технологические операции как нанесение слоя окисла, создание поликремниевого затвора, облучение и отжиг кристалла. Каждая из них может оказывать существенное влияние на качество окисла и межфазной границы Si-SiO2. В связи с этим становиться ясно, что основой построения эксперимента должна стать методика, позволяющая получать информацию о пооперационном изменении параметров затворных и охранных МДП-структур.

IGBT прибор представляет из себя ячеистую структуру с большим количеством МДП-транзисторов, соединённых параллельно, поэтому важно знать как рабочие параметры отдельно взятого транзистора, так и статистику распределения параметров по площади пластины. В частности, существуют строгие нормы на возможную величину отклонения порогового напряжения МДП-транзистора от номинала. Это обусловлено тем, что при разбросе величины порогового напряжения выше стандарта может наблюдаться неполное включение прибора и, как следствие, рост тока, протекающего через отдельный открытый МДП-транзистор. Данное явление является причиной ухудшения частотных свойств прибора и, в предельном случае, может стать причиной развития теплового пробоя. Известно, что значение порогового напряжения однозначно связанно с величиной встроенного заряда . В связи с этим, контроль географии распределения позволяет судить об однородности электрофизических параметров МДП-транзисторов по площади пластины и делать выводы о соответствии прибора по нормам, налагаемым на разброс величины порогового напряжения по площади пластины.

В соответствии с вышесказанным, в эксперименте можно выделить два основных направления: 1) исследование влияния технологических операций, входящих в маршрутную карту создания IGBT кристаллов, на электрофизические параметры МДП-структур и 2) статистические исследования однородности распределения параметров по площади кристалла. Анализ этих данных, полученных в результате цикла экспериментов, позволяет сделать выводы о качестве технологии изготовления МДП-структур в составе IGBT и дать рекомендации по возможным путям оптимизации производства.

2.Экспериментальная часть.




2.1. Требования к экспериментальным методикам.



При выборе экспериментальных методик, которые могут быть использованы для целей контроля технологии производства полупроводниковых приборов и приборов на основе МДП-структур, в частности, необходимо руководствоваться следующими критериями:

Применительно к поставленной задаче наиболее полно указанным требованиям отвечают вольт-фарадные методы, среди которых наибольшее распространение для исследования МДП-структур получили высокочастотный и низкочастотный методы, метод термостимулированных ионных токов и динамических вольт-амперных характеристик. Комплекс этих методов позволяет определить важнейшие параметры МДП-структуры – эффективный поверхностный заряд и его стабильность, энергетическое распределение плотности поверхностных состояний, которые, в свою очередь, определяют все рабочие параметры МДП-приборов.

2.2. Измерительный комплекс для контроля состояния границы раздела Si-SiO2.



Для решения задач контроля состояния границы раздела Si-SiO2 нами был использован измерительный комплекс на основе стандартных приборов, позволяющих реализовать высокочастотные и низкочастотные вольт-фарадные методики, методику ионно-стимулированных токов. На рис.2.1. представлена функциональная схема измерительного комплекса.



Рис.2.1. Функциональная схема измерительного комплекса.

В данной работе реализация НЧ и ВЧ ВФ методов осуществлялась с помощью соответствующего фрагмента измерительного комплекса. Низкочастотные ВФХ измерялись квазистатическим методом. Образец с тестовыми МДП-структурами помещался в заземлённую стальную камеру на диэлектрическое основание. При проведении измерений в камере воздух откачивался до значения мм.рт.ст. , что исключало конденсацию влаги на поверхности образца в диапазоне температур 180-650К.

С помощью генератора Г6-15, обеспечивающего линейность плавно меняющегося напряжения не хуже 4%, на образец и вход “X” самописца “Endim” подавалось пилообразное напряжение ( порядка ). В данную схему можно последовательно включить источник ЭДС для задания постоянного смешения по напряжению. Ток смешения через МДП-структуру поступал на вход вольтметра ВК2-16, с выхода которого на вход “Y” самописца поступало напряжение пропорциональное измеряемому току. В итоге на диаграммном поле самописца регистрировалась КС ВФ кривая.

Измерения высокочастотных ВФХ проводились при помощи цифрового измерителя ёмкости Е7-12 и вольтметра В7-38. В этом случае постоянное смещение задавалось при помощи источника напряжения ТЕС-18. Измеритель формировал тестирующий сигнал 20 мВ на частоте 1МГц. Качество контактирования можно контролировать с помощью значения проводимости, которое также измеряет прибор Е7-12.

Таким образом, последовательно меняя напряжение на ТЕС-18 и контролируя его значение В7-38, с помощью Е7-12 можно получить зависимость ВЧ ёмкости структуры от напряжения.

При измерении термостимулированных ионных токов измерительная установка позволяет фиксировать зависимость величины тока смещения от температуры. Методика ТСИТ была реализована на установке, структурная схема которой показана на рис. 2.1. Напряжение, пропорциональное температур, с термопары подавалось на вход “X” самописца. Применение электрометра ВК2-16 в режиме интегратора позволило непосредственно регистрировать величину ионного тока в каждый момент времени. Нагрев осуществлялся печью сопротивления и после подачи на неё напряжения питания в диаграммной области самописца выписывалась кривая ионных токов в зависимости от времени. Перед проведением измерений ТСИТ экспериментально определялась зависимость .

Заметим, что измерительный комплекс (рис.2.1.), в принципе, позволяет осуществлять контроль уровня ионно-дрейфовой нестабильности МДП-структур с помощью динамических ВАХ. Этот метод экспрессный, но менее информативен по сравнению с методом ТСИТ. Метод ДВАХ заключается в регистрации тока смещения через МДП-структуру при подаче на нее медленно меняющегося напряжения при повышенной температуре, когда ионы щелочных металлов способны перемещаться в SiO2. В отсутствии сквозной электронной проводимости и электрохимических реакций на электродах МДП-структуры ток через структуру будет складываться из тока , пропорционального низкочастотной ёмкости структуры, и тока поляризации , определяемого перемещением ионов под действием поля [29]. Измерения ДВАХ проводились на той же установке, на которой производились квазистатические вольт-фарадные характеристики. Измеряемый образец помещался в откачиваемый объём и нагревался печью сопротивления. Температуры контролировалась также при помощи термопары. Измерения проводились в вакууме при давлении 6,5 Па для исключения возможности влияния на результаты измерения проводимости по поверхности МДП-структуры при адсорбции влаги атмосферы.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   13


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации