[发明专利]一种介电温度系数修正的深能级瞬态谱测试方法

说明书

本发明属于半导体器件的测试技术领域，具体涉及一种介电温度系数修正的深能级瞬态谱测试方法。本发明通过结合DLTS测试的等效电路，分析了MIS结构中绝缘层电容对DLTS信号的影响，再对DLTS测试数据进行分析，计算出MIS结构中绝缘层电容的影响因子α，然后根据DLTS谱线数据和影响因子对原始的DLTS信号谱经行了修正，得到了准确的DLTS信号谱。解决了介电常数对温度有依赖性的材料制作成MIS结构时，现有DLTS测试不准确的问题，最终本发明准确的得到了该类MIS结构的缺陷能级、陷进浓度和截获面积。

技术领域

本发明属于半导体器件的测试技术领域，涉及一种基于锁相放大技术的DLTS测量的方法，更具体的为一种介电温度系数修正的深能级瞬态谱测试方法。

背景技术

深能级瞬态谱(deep level transient spectroscopy，DLTS)是半导体领域研究和检测半导体杂质、缺陷深能级和界面态等的重要技术手段。应用于半导体领域时，可给出表征半导体禁带范围内的杂质、缺陷深能级及界面态随温度(即能量)分布的DLTS谱；DLTS可以以微观物理量的变化来解释半导体器件电特性退化原因。

DLTS技术最先应用于不对称的PN结或者肖特基结结构的样品。该技术的检测灵敏度通常为半导体材料中掺杂济浓度的万分之一甚至更低的缺陷，可得到如多数载流子陷阱、少数载流子陷阱、陷阱浓度及分布、陷阱能级、截获面积等诸多信息。

随DLTS技术的发展，该技术被应用于金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOS场效应晶体管)，其往往为n型Si或p型Si的基底，这种样品中基底的电容和绝缘层的电容在整个温度范围上基本不会发生太大的变化，其介电常数与温度依赖性不强。但是，对于介电常数对温度有依赖性的材料(如氧化哈HfO₂、钛酸锶STO)制备的场效应晶体管(MOS结构)，也是金属-绝缘层-半导体结构(MIS结构)。该结构相比于肖特基结结构的样品，新增加的绝缘层会给DLTS测试带来新的影响。在经过Ar+轰击的STO上存在着一种现象：随着温度的降低，被轰击过的STO导电层的电导和电容会急剧增加，介电常数会随温度的变化急剧变化。对于这类样品须考虑介电常数变化对DLTS影响，因此当前DLTS技术的适用性存在一定的局限。

发明内容

针对上述存在问题或不足，本发明的目的在于为介电常数对温度有依赖性的MIS结构器件，提供一种介电温度系数修正的深能级瞬态谱测试方法，以改善DLTS技术的适用性，解决当前DLTS技术面对这种情况不准确的问题。

一种介电温度系数修正的深能级瞬态谱测试方法，包括如下步骤：

步骤1:对目标样品进行DLTS测试，收集不同温度下目标样品的电容瞬态信息，得到不同温度下电容瞬态C-t曲线，然后随机选取两个固定的时间t₁，t₂所对应的电容相加，以得到不同温度的电容变化量，电容变化量ΔC可表示为：

其中C(t₁)、C(t₂)是t₁，t₂时刻的测试电容，n_T是陷阱中的电子浓度，C₀是单位面积缺陷电容，N_D是掺杂浓度，τ_n时间常数。DLTS信号常常使用ΔC/C₀来表示，改变时间t₁，t₂可以得到多条曲线，得到原始的DLTS信号谱线图。

步骤2：在某个温度上ΔC会存在极值，根据步骤1得到的原始DLTS信号谱线图，对公式1关于τ_n求导，以得到曲线极值点，即得到极值温度。不同的时间t₁，t₂可以得到多条曲线，每一条曲线都有一个极值温度和相对应时间常数τ_n。

假设目标样品存在缺陷能级为ΔE的缺陷，则该缺陷对应的时间常数τ_n为：