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   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13

2.5. Статистические исследования однородности распределения напряжения плоских зон по образцу.



Кристалл IGBT обладает ячеистой структурой. В связи с этим, необходимо знать статистический разброс параметров по пластине, т.к. именно однородность свойств МДП-транзисторов определяет частотные свойства прибора. Как отмечалось в литературном обзоре, это приводит к различному значению протекающего тока через отдельный открытый МДП-транзистор. Это приводит к различному значению заряда, накопленного в базовой области, и ,как следствие к увеличению прямого падения напряжения и затягиванию процесса выключения тока. Эти параметры являются основными параметрами, характеризующими работу прибора как силового ключа.

В данной главе описывается методика исследования, по результатам применения которой можно сделать выводы о воспроизводимости МДП-структур по площади кристалла. Критерием однородности служит величина напряжения плоских зон , которая однозначно связанна с величиной встроенного заряда и пороговым напряжением управляющего МДП-транзистора.

На основании сказанного в литературном обзоре (см. главу 1 параграф 3), ёмкость плоских зон МДП-структуры можно представить в виде:
.
(70)

Как уже было отмечено, метод определения напряжения плоских зон чрезвычайно прост: изменяя напряжение смещения , при помощи ТЕС-18, мы экспериментально определяем величину напряжение плоских зон в тот момент, когда показания измерителя ёмкости Е7-12 совпадут со значениями , рассчитанными по формуле (70). Последовательно определяя для каждого МДП-конденсатора тестовой структуры, мы получаем картину распределения напряжения плоских зон по площади образца.

Результаты применения данной методике к одному из тестовых образцов представлены на рис.2.6.




1

2

3

4

5

6

а

3,3

3,3

3,4

3,3

3,2

2,8

б

3,5

3,4

36

3,2

3

3,3

в

3,4

3,4

3,5

3,5

3,5

3,1

г

3,3

4,2

2,2

3,1

3,3

3,2

д

3,1

3,3

1,4

3,5

3,2

3,2

е

3,1

3,3

3,3

3,2

3,2

3,1

Рис.2.6. Распределение напряжения плоских зон по площади исходного образца 2_2 (измерения от 5.03.07). На данном рисунке выделены структуры с резким отклонением напряжения плоских зон от среднего значения.

В маршрутной карте создания IGBT присутствует операция фронтального электронного облучения. Данная технологическая операция проводится с целью однородного уменьшения жизни носителей заряда по всему кристаллу (см. главу 1 параграф 9.). В результате электронного облучения МДП-структура может деградировать и для её восстановления применяется низкотемпературный отжиг. К процессу отжига предъявляются двоякие требования: с одной стороны необходимо восстановить МДП-структуру, с другой стороны должен наблюдаться эффект однородного снижения времени жизни. Компромиссным решением данной задачи является проведения отжига при минимальной температуре, которая определяется экспериментально. В процессе исследования проводился отжиг как при температуре 150єС, так и при температуре 280єС. При этом наблюдалось изменение однородности распределения по пластине (рис.2.7.) и изменения плотности поверхностных состояний. В данной главе ограничимся рассмотрением изменения однородности по площади пластины. Для удобства анализа данных результат приведен в виде гистограммы, на которой по оси абсцисс отображены интервалы изменения напряжения плоских зон, а по оси ординат - количество точек, попадающих в данный интервал (рис. 2.8.).



1

2

3

4

5

6

а

3,2

2,9

2,7

3

0,9

2,9

б

2,9

1,7

3

2,3

0,9

3

в

3,2

1,3

2,9

2,8

2,7

4,2

г

3

2,2

2,5

3

1,6

3,7

д

1,3

3,3

1

2,3

2,3

3,4

е

3

3,4

1,6

3,1

3,4

3

Рис.2.7. Распределение напряжения плоских зон по площади образца 2_2 после отжига при температуре 280єС.


Рис.2.8. Гистограмма распределения напряжения плоских зон по пластине 2_2 до отжига и после отжига при температуре 280єС.

Аналогичным образом представим данные, полученные в результате исследования образцов 4_1 и 1_1, в виде гистограмм, т.к. в этом случае отчетливо видно различие в распределении напряжения плоских зон между образцами с различными материалами электродов.



Рис.2.10. Гистограмма распределения напряжения плоских зон по пластине 4_1 до отжига и после отжига при температуре 280єС.



Рис.2.13. Гистограмма распределения напряжения плоских зон по пластине 1_1 до отжига и после отжига при температуре 280єС.

Анализ экспериментальных данных на уровне исходных образцов даёт следующие результаты:

  1. наблюдается большой разброс по площади исходного образца 2_2, в технологическом цикле создания которого присутствует операция нанесения поликремневого затвора; среднее значение составляет
    -3,219В, среднеквадратичное отклонение – 0,425В, минимальное значение – -4,2В, максимальное – -1,4В;

  2. наблюдается большой разброс по площади исходного образца 4_1 , в технологическом цикле создания которого также присутствует операция нанесения поликремневого затвора; среднее значение составляет
    - 3,64В, среднеквадратичное отклонение – 0,17В, минимальное значение – -4В, максимальное – -3,4В;

  3. наблюдается минимальный разброс по площади образца 1_1 с алюминиевым затвором, в технологическом цикле которого отсутствует операция нанесения поликремневого затвора; среднее значение составляет -0,638В, среднеквадратичное отклонение – 0,008В, минимальное значение – -0,65В, максимальное – -0,62В

Результаты исследований показывают, что на уровне исходных образцов до облучения (1_1) структуры с алюминиевым затвором обладают хорошей воспроизводимостью. Исходные образцы (2_2, 4_1), в технологическом цикле создания которых присутствует операция нанесения слоя поликремния, обладают существенной неоднородностью электрофизических параметров МДП-структур по площади. Таким образом, данные по разбросу в структурах Si – SiО2 – Al и Si – SiО2 – Si* свидетельствует о том, что наблюдаемый эффект появления неоднородностей по площади образца не связан с условиями термического окисления кремния, а определяется качеством процессов осаждения поликремния и его последующего легирования фосфором.
Анализ экспериментальных данных, полученных после прохождения операции электронного облучения и высокотемпературного отжига при температуре 280єС, дает следующие результаты:

  1. однородность образца 2_2 с поликремневым затвором ухудшается даже по сравнению с исходным образцом на фоне уменьшения среднего значения напряжения; среднее значение изменяется и становиться равным -2,614В, среднеквадратичное отклонение – 0,821В, минимальное значение – -4,2В, максимальное – -0,9В;

  2. однородность образца 4_1 с поликремневым затвором также ухудшается по сравнению с исходным образцом на фоне уменьшения среднего значения ; среднее значение изменяется и становиться равным -3,386В, среднеквадратичное отклонение – 0,756В, минимальное значение – -5,3В, максимальное – -1,4В

  3. однородность образца 1_1 с алюминиевым затвором также ухудшается по сравнению с исходным образцом на фоне уменьшения среднего значения ; среднее значение изменяется и становиться равным -0,434В, среднеквадратичное отклонение – 0,211В, минимальное значение – -1,37В, максимальное – -0,35В.

Отметим, что как и в случае образцов с поликремневым затвором, так и в случае образцов с алюминиевым затвором фронтальное облучение электронами привело к полной деградации МДП-структур. При последующем отжиге в аргоне при температуре 280єС имеет место одна и та же тенденция в образцах как с поликремневым, так и с алюминиевым затвором: снижение среднего значение на фоне ухудшения общей однородности образца. Таким образом, можно сделать вывод о том, что в процессе высокотемпературной обработки наблюдается снижение абсолютной величины положительного заряда, приведенного к границе раздела Si-SiO2.

С целью выяснения природы явлений, наблюдаемых после электронного облучения и отжига, будут производиться дальнейшие квазистатические вольт-фарадные исследования.

1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13


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