半导体掺杂分布的精确测量方法技术

半导体掺杂分布的精确测量方法，在传统ＫＭＫ方法的测量结果上，考虑耗尽区的影响，通过迭代收敛的修正方法得出真实的掺杂浓度分布，突破了测量精度的限制，利用由数值模拟得到的过渡区多子分布关系式，避免了重复求解泊松方程；提出新的收敛公式有效提高了收敛速度并成功解决了结果的“不收敛”和“不唯一”问题；建立了新的收敛比较标准，省去了Ｃ－ｘ转化为Ｃ－Ｖ的繁复计算过程。整个数据处理步骤清楚，简便易行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用Schottkey C-V特性的。
技术介绍
Schottkey C-V法测量半导体掺杂分布作为一种半导体材料测试标准已得到广泛应用。八十年代以前，Schottkey C-V法测掺杂浓度的研究较多，但但之后已鲜有这类论文发表。针对传统的C-V测量掺杂方法利用耗尽层近似所带来的精度限制问题，人们曾提出不少改进方案(D.P.Kennedy，P.C.Murley，W.Kleinfelder.0n the measurement of impurity atomdistributions in silicon by the differential capacitance technique.IBM J.Res.Develop.，1968，Sept399；D.P.Kennedy，R.R.O’Brien.On the measurement of impurity atom distributions by thedifferential capacitance technique.IBM J.Res.Develop.，1969，Mar212；Walter C.Johnson，Peter T.Panousis.The influence of DebyeLength on the C-V Measurement of Doping Profiles.IEEE TransactionDevices，1971，October，NO.10，vol.ED-18965)。但这些方案对C-V测量数据的计算方法仍然存在种种问题，使得精度和分辨率之间的矛盾并未得到真正解决。当器件进入纳米尺寸后，掺杂工艺带来的误差会极大地影响到器件的工作性能和成品率，因此精确测量半导体材料掺杂分布有重要的实用意义。 基于Schottkey结耗尽层近似的KMK测试理论由Kennedy，Murley和Kleinfelder(D.P.Kennedy，P.C.Murley，W.Kleinfelder.On themeasurement of impurity atom distributions in silicon by thedifferential capacitance technique.IBM J.Res.Develop.，1968，Sept399)于1968年提出，掺杂浓度N(x)和耗尽层电容C分别为 其中εSi为半导体材料介电常数，A和x分别为结面积和耗尽层厚度。通过在C-V曲线上采点可以得到相应的C值和dC/dv微分值，代入(1)，(2)式求出每一对(N(x)，x)值。将求出的各点连接便得到掺杂的分布曲线。然而完全电离区和中性区之间的德拜长度量级的过渡区(非完全电离区)对该方法的测量精度限制很大。过渡区的电子分布使得求出的浓度值远非实际掺杂浓度。并且电容测量中的交流信号电压越小，误差越大。因此，这种理论本身的近似决定了最终精度，并且由于精度和分辨率之间的矛盾，无法通过单纯改进测量仪器，测量条件逾越这种限制。 D.P.Kennedy和R.R.O’Brien(D.P.Kennedy，R.R.O’Brien.On the measurement of impurity atom distributions by thedifferential capacitance technique.IBM J.Res.Develop.，1969，Mar212)认为KMK理论中的结果N(x)并非实际掺杂，而只是多数载流子n(x)的分布，真正的掺杂浓度应表示为(KOB理论) Walter C.Johnson和Peter T.Panousis(Walter C.Johnson，PeterT.Panousis.The influence of Debye Length on the C-V Measurementof Doping Profiles.IEEE Transaction Devices，1971，October，NO.10，vol.ED-18965)否定了KOB理论，他们的实验结果表明KMK理论中的N(x)既不是掺杂分布也不是多子分布，提出了迭代方法解决该问题的思想，但并未具体实现。陈军宁，傅兴华，黄庆安(陈军宁，傅兴华，黄庆安.数值CV方法的唯一性问题.微电子学与计算机.1995.12(3)15-18)论证迭代方法测掺杂分布结果存在“不收敛”和“不唯一”问题。之后他们(陈军宁，傅兴华，黄庆安.一种新的数值CV方法.微电子学与计算机.1995.12(1)52-56)提出“循环迭代”的方法。该方法所用的掺杂浓度调整量ΔNk(x)迭代关系为 其中k为循环序列号，x为材料深度。通过粗定精度进行多次迭代后再逐步提高精度继续迭代。但是该方法由于求解泊松方程复杂，收敛太慢等问题，实现复杂，使其应用受到限制。其结果的“不收敛”和“不唯一”是由不恰当的收敛公式带来的，所以，必须寻找新的收敛公式。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种有效地提高了收敛速度并成功解决了结果的“不收敛”和“不唯一”问题；整个数据处理步骤清楚，简便易行的。 为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是 1)首先通过C-V测试仪获得待测半导体材料的C-V曲线； 2)用传统KMK方法求出初始掺杂浓度分布N0(x)-x； 3)设定过渡区与完全电离区边界xp步长，得出一系列多子分布n(x)-x； 4)由得出ΔV引起的坐标变化 εSi为半导体材料介电常数，A为结面积，x为耗尽层厚度，C为耗尽层电容，ΔV为扫描小信号电压； 5)由Ntarget(x)-x(启始值为N0(x)-x)，多子分布n(x)-x，n(x-Δx)-x和Δx求出电荷变化分布Δn(x)-x； Ntarget(x)-x为每次修正用到的初始掺杂浓度分布； 6)求出电荷的净变化量并由ΔQ/Δv求出Ctemp，考虑到电荷元对电容的不同贡献，将Ctemp归结为处的值； 为考虑到过渡区多子分布后计算求得的电容分布； 7)结合所有过渡区与完全电离区边界xp步点对应的结果，得到一系列坐标点 8)在相同 处比较 与 的值，应用收敛公式得出每点的浓度调整量； 为由直接求得的标准电容分布； 9)由调整后的浓度值 得出本次修正后的浓度分布曲线 Nnew(x)-x，该分布将逐步趋近真值； 10)把Nnew(x)-x当作Ntarget(x)-xtarget重复上述(3)-(9)步骤，直到Ctemp和Cs完全重合，此时所得的浓度分布Nnew(x)-x即为材料真实的掺杂分布。 由于本专利技术在传统KMK方法的测量结果上，考虑耗尽区的影响，通过迭代收敛的修正方法得出真实的掺杂浓度分布，突破了测量精度的限制，利用由数值模拟得到的过渡区多子分布关系式，避免了重复求解泊松方程；提出新的收敛公式有效提高了收敛速度并成功解决了结果的“不收敛”和“不唯一”问题；建立了新的收敛比较标准，省去了C-x转化为C-V的繁复计算过程。整个数据处理步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体掺杂分布的精确测量方法，其特征在于：１）首先通过Ｃ－Ｖ测试仪获得待测半导体材料的Ｃ－Ｖ曲线；２）用传统ＫＭＫ方法求出初始掺杂浓度分布Ｎ↓［０］（ｘ）－ｘ；３）设定过渡区与完全电离区边界ｘ↓［ｐ］步长，得出一系列 多子分布ｎ（ｘ）－ｘ；４）由Ｃ＝ε↓［Ｓｉ］.Ａ／ｘ得出ΔＶ引起的坐标变化Δｘ＝－ε↓［Ｓｉ］Ａ／Ｃ↑［２］.ｄＣ／ｄＶ.ΔＶ；ε↓［Ｓｉ］为半导体材料介电常数，Ａ为结面积，ｘ为耗尽层厚度，Ｃ为耗尽层电容，ΔＶ为扫描小信号电 压；５）由Ｎ↓［ｔａｒｇｅｔ］（ｘ）－ｘ（启始值为Ｎ↓［０］（ｘ）－ｘ），多子分布ｎ（ｘ）－ｘ，ｎ（ｘ－Δｘ）－ｘ和Δｘ求出电荷变化分布Δｎ（ｘ）－ｘ；Ｎ↓［ｔａｒｇｅｔ］（ｘ）－ｘ为每次修正用到的初始掺杂浓度分布； ６）求出电荷的净变化量：ΔＱ＝Ａ.ｑ.∫↓［ｘ↓［ｐ］］↑［（ｘ＋Δｘ）↓［ｑ］］Δｎ（ｘ）ｄｘ，并由ΔＱ／Δｖ求出Ｃ↓［ｔｅｍｐ］，考虑到电荷元对电容的不同贡献，将Ｃ↓［ｔｅｍｐ］归结为＊＝∫↓［ｘ↓［ｐ］］↑［ｘ↓［ｑ］］Δｎ（ｘ）ｘｄｘ／∫↓［ｘ↓［ｐ］］↑［ｘ↓［ｑ］］Δｎ（ｘ）ｄｘ处的值；Ｃ↓［ｔｅｍｐ］－＊为考虑到过渡区多子分布后计算求得的电容分布；７）结合所有过渡区与完全电离区边界ｘ↓［ｐ］步点对应的结果，得到一系列坐标点（Ｃ↓［ｔｅｍｐ］，＊） ；８）在相同＊处比较Ｃ↓［ｔｅｍｐ］－＊与Ｃ↓［ｓ］－＊的值，应用收敛公式ΔＮ（＊）＝（Ｃ↓［ｔｅｍｐ］／Ｃ↓［ｍａｘ］）↑［α］.（Ｃ↓［ｓ］－Ｃ↓［ｔｅｍｐ］）.３×１０↑［β］得出每点的浓度调整量；Ｃ↓［ｓ］－＊为由Ｃ ↓［ｓ］＝ε↓［Ｓｉ］.Ａ／＊直接求得的标准电容分布；９）由调整后的浓度值（Ｎ（ｘ）↓［ｎｅｗ］，＊）得出本次修正后的浓度分布曲线Ｎ↓［ｎｅｗ］（ｘ）－ｘ，该分布将逐步趋近真值；１０）把Ｎ↓［ｎｅｗ］（ｘ）－ｘ当作Ｎ↓［ｔａ ｒｇｅｔ］（ｘ）－ｘ↓［ｔａｒｇｅｔ］重复上述（３）－（９）步骤，直到Ｃ↓［ｔｅｍｐ］和Ｃ↓［ｓ］完全重合，此时所得的浓度分布Ｎ↓［ｎｅｗ］（ｘ）－ｘ即为材料真实的掺杂分布。...

【技术特征摘要】
1、半导体掺杂分布的精确测量方法，其特征在于1)首先通过C-V测试仪获得待测半导体材料的C-V曲线；2)用传统KMK方法求出初始掺杂浓度分布N0(x)-x；3)设定过渡区与完全电离区边界xp步长，得出一系列多子分布n(x)-x；4)由得出ΔV引起的坐标变化εSi为半导体材料介电常数，A为结面积，x为耗尽层厚度，C为耗尽层电容，ΔV为扫描小信号电压；5)由Ntarget(x)-x(启始值为N0(x)-x)，多子分布n(x)-x，n(x-Δx)-x和Δx求出电荷变化分布Δn(x)-x；Ntarget(x)-x为每次修正用到的初始掺杂浓度分布；6)求出电荷的净变...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗欣，邵志标，李宇海，傅懿斌，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]