Kapazitäts-Spannungs-Messungen im Nichtgleichgewicht zur Charakterisierung von Si-MOS- und Si/SiGe/Si-MOS-Strukuren

Roland Sorge

ISBN 978-3-89722-112-3
155 Seiten, Erscheinungsjahr: 1998
Preis: 40.00 €

• MOS-Struktur
• CV-Methoden
• Generationslebensdauer
• SiGe

Zusammenfassung

In dieser Arbeit werden CV- und IV-Meßmethoden für Si-MOS-Strukturen zur Bestimmung des Dotierungsprofils N(x), der Generationslebensdauer tg, der Grenzflächenzustandsdichte Dit und der Dichte mobiler Ionen im Isolator Nm für die Charakterisierung wichtiger Teilschritte der Halbleiterfertigung, wie Reinigung, Oxydation, Epitaxie, Implantation und Ausheilverfahren, studiert (CV:capacitance voltage, IV:current voltage, Si:Silizium, MOS:metal oxid insulator). Die methodischen Entwicklungen wurden mit der Absicht durchgeführt, den Anforderungen der Technologieentwicklung und -überwachung nach einer komplexen Charakterisierung eines großen Probenumfangs in möglichst kurzer Zeit besser zu genügen. Alternativ zu den in der Literatur beschriebenen CV-Methoden werden neue vorteilhafte Algorithmen zur Bestimmung von N(x), tg, Dit, und Nm entwickelt. Diese neuen CV-Methoden zeichnen sich durch sehr kurze Meßwerterfassungszeiten auch bei sehr niedrigen Generationsraten aus. Es erfolgt eine Übertragung der für Si-MOS-Strukturen abgeleiteten Ergebnisse auf die Charakterisierung von Si/SiGe/Si-Hetero-MOS-Strukturen (Ge: Germanium). Für die Si/SiGe/Si-MOS-Anordnung können die effektive Generationslebensdauer in der sehr dünnen SiGe-Schicht sowie der Abstand des oberflächenseitigen Majoritätsladungsträger-Dipols von der Halbleiter/Isolator-Grenzfläche als ein Maß für die Dicke der Silizium-Deckschicht bestimmt werden. Eine Verifikation der entwickelten CV-Methoden erfolgt anhand der aus Simulationen und Messungen erhaltenen Ergebnisse.

---

Key words:

• MOS structure (metal oxide semiconductor)
• CV method (capacitance voltage)
• generation lifetime
• SiGe (silicon germanium )

Abstract

CV and IV methods for Si MOS structures were studied in order to determine the doping profile N(x), the generation lifetime tg, the interface state density Dit, and the density of mobile ions in the insulator Nm (CV: capacitance voltage, IV: current voltage, Si: silicon, MOS: metal oxide semiconductor). The purpose of this work was a more efficient characterisation of important process modules in semiconductor fabrication, such as cleaning, oxidation, epitaxy, implantation and anneals. Methodical developments were performed with the aim of better meeting the requirements of technology development and monitoring for a rapid characterisation of a large amount of MOS samples. New, more advantageous algorithms for determining N(x), tg, Dit and Nm were developed as an alternative to the methods described in the literature. The new methods have short data aquisition times even when the investigated MOS samples have very low generation rates. The results as obtained for Si-MOS structures were applied to Si/SiGe/Si-Hetero-MOS structures (Ge: germanium). The effective generation lifetime in the thin SiGe layer and the distance of the majority carrier charge dipole from the semiconductor/insulator interface, as a measure for the thickness of the silicon cap layer, can be obtained. The CV methods developed were verified with the help of simulations and measurements.