Спосіб контролю якості польового транзистора

Предлагаемое изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к способам контроля и измерения параметров дискретных полупроводниковых приборов, в том числе и полевых транзисторов. Контроль и уточнение электрофизических параметров полупроводниковых структур представляется особенно важным при решении вопросов, связанных с обеспечением высокого качества и надежности полупроводниковых приборов на ранних этапах их изготовления, а также при диагностике брака изделий в процессе производства. Авторами не найдены аналоги, заключающиеся в контроле качества полевого транзистора, которые обеспечивают удовлетворительную достоверность. В качестве прототипа выбран способ контроля качества полупроводниковых приборов [Авт. св. СССР №1692262, кл. G 01 R 31/26], включающий пропускание через полупроводниковый прибор постоянного тока и импульса линейно нарастающего тока с длительностью большей, чем постоянная времени разогрела корпуса полупроводникового прибора, но меньшей, чем постоянная времени разогрева корпуса полупроводникового прибора: измерение вольт-амперной характеристики, первой и второй производных напряжения по току в диапазоне, предшествующем порогу вторичного пробоя полупроводникового прибора; прекращение подачи импульса линейно нарастающего тока и сравнение измеренных характеристик с эталонными; измерение зависимости отношения первой производной напряжения по току к второй производной напряжения по току от величины тока, определение тангенса угла наклона этой зависимости и прекращение подачи импульса линейно нарастающего тока по достижении отношения первой производной напряжения по току ко второй производной напряжения по току величины критерия ограничения тока, определяемой расчетным соотношением. Способ позволяет повысить достоверность неразрушающего контроля качества полупроводникового прибора за счет выбора режима измерения вольт-амперной характеристики и ее производных. Контроль качества полупроводниковых приборов, основанный на измерении производных по току или напряжению представляется ценным и актуальным, так как дифференциальные методы являются более точными и позволяют выявлять более тонкие особенности измеряемых кривых [Методы и средства диагностирования изделий электронной техники. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания, сер. 8, вып. 1(304). М.: ЦНИИ "Электроника", 1989, 76 с]. Вместе с тем способ имеет ряд недостатков. Одним из его недостатков является то, что при использовании первой и второй производных получают размерные величины. Так, например, при первой производной тока по напряжению имеет размерность [Ом], поэтому при сопоставлении приборов различной омности получают погрешность, величина которой тем выше, чем более отличаются приборы по сопротивлению. Это физическое ограничение не позволяет получить достаточно высокую достоверность. Кроме того, использование второй производной также ухудшает точность полученного результата и, как следствие, понижает достоверность. Другим недостатком является некоторая сложность способа, заключающаяся в наложении на постоянную составляющую одиночного импульса или пакета импульсов линейно нарастающего тока. Это требует наличия либо специально разработанной установки, либо достаточно сложного измерительного комплекса. Предлагаемое изобретение решает задачу повышения достоверности контроля качества полевого транзистора засчет повышения степени выявления дефектов замаскированных некоторыми физическими процессами и использования безразмерного параметра дифференциального наклона вольт-амперной характеристики в двойном логарифмическом масштабе с упрощением способа контроля и упрощением используемого оборудования. В известном способе, включающий измерение вольт-амперной характеристики исток-сток, для достижения поставленной цели измеряют величину дифференциального наклона вольт-амперной характеристики в двойном логарифмическом масштабе a =dlnl/dlnV при двух значениях напряжения: V1=Vp, соответствующего рабочему току І р, и V2=Vр/n при n=2...5, и отбирают полевые транзисторы, сопоставляя параметры a 1, a 2, I 1, I 2 с эталонными, где a 1 и a 2, І 1 и І 2 - значения a и І р при V1 и V2 соответственно. Причем в математических выражениях использованы обозначения: a - величина дифференциального наклона вольт-амперной характеристики в двойном логарифмическом масштабе; a 1 - значение a при напряжении V1; a 2 - значение a при напряжении V2; V - напряжение, приложенное между истоком и стоком; V1=Vр - напряжение, соответствующее рабочему току І р; V2=Vр/n; I - ток, протекающий между истоком и стоком ток: I 1=I р - рабочий ток, задаваемый техническими условиями и соответствующий напряжению V1; I 2 - ток, соответствующий напряжению V2. Способ поясняется фиг. 1 и 2. На фиг. 1 представлены выходные вольт-амперные характеристики эталонного (кривая 1) и исследуемого полевого транзистора КП-905. На фиг. 2 представлены полевые зависимости дифференциального наклона вольт-амперных характеристик в двойном логарифмическом масштабе (степень вольт-амперной характеристики). Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. Темп изменения тока 1 при изменении напряжения V в выходной или передаточной характеристике однозначно и с высокой точностью определяется степенью вольт-амперной характеристики [Зюганов А.Н., Свечников СВ. Инжекционно-контактные явления в полупроводниках. Киев, Наукова думка, 1981, 256 с]. Возникновение дефектных участков в области контактов истока или стока, подзатворного диэлектрика, переходов металл - диэлектрик или диэлектрик - полупроводник и др., естественно, отражается на ВХ, ПХ или других характеристиках. Однако при относительно высоких напряжениях, включая рабочие, некоторые дефекты могут маскироваться другими процессами, например, инжекцией носителей из контакта. Это приводит к тому, что значения токов при определенном напряжении совпадают (фиг. 1, кривые 1 и 2, V=0,6 В), тогда как степени вольт-амперной характеристики в этой точке (фиг. 2) отличаются. Только совпадение токов и степеней диагностируемого прибора с соответствующими значениями эталонного свидетельствует о его высоком качестве. Однако для повышения достоверности контроля необходимо провести сопоставление как токов, так и степеней вольт-амперной характеристики при более низких напряжениях, потому что идентичность характеристики на всем диапазоне напряжений и токов влечет за собой и идентичность степени, Сопоставление только степеней ВАХ для контроля качества недостаточно. На фиг. 2 при V=1,25 В степени эталонной и диагностируемой ВАХ совпадают, тогда как токи (фиг. 1 отличаются на 5 порядков. Достигаемая в предполагаемом способе достоверность выше, чем в прототипе за счет выбора безразмерного параметра (a=dlnl/dlnV) и за счет измерения не только в области рабочих напряжений и токов, но и в области меньших значений этих величин. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить достоверность контроля качества полевого транзистора за счет использования безразмерной величины дифференциального наклона ВАХ в двойном логарифмическом масштабе по сравнении с размерными первой и второй производными ВАХ по току или напряжению. Предложенный способ позволяет упростить контроль качества полевого транзистора по сравнению со способом-прототипом ввиду следующего: исключено измерение второй производной вольт-амперной характеристики; исключено пропускание через образец импульса линейно нарастающего тока; производимые операции просты. Кроме того, имеет место упрощение по используемому оборудованию, так как отсутствие наложения импульсного тока на постоянную составляющую позволяет упростить измерительную установку. Используемую аппаратуру позволяет также упростить отсутствие дифференцирования второго порядка. Предлагаемое техническое решение применимо в промышленных условиях из-за экспрессности получения результата при достаточно высокой степени точности и автоматизации процесса измерения и получения результата. Использование способа возможно на предприятиях, изготавливающих или применяющих такие дискретные полупроводниковые приборы, как полевые транзисторы, биполярные транзисторы, различные типы диодов, при разбраковке как готовых изделий, так и на различных стадиях в процессе их изготовления. Пример. Для эталонного полевого транзистора КП-905 экспериментально было определено, что Результаты проведенных испытаний приведены в таблице. Из таблицы следует, что образцы 1, 3 и 4 удовлетворяют критериям разбраковки предложенного технического решения. Контрольные испытания, проведенные согласно ГОСТ 20398.0-74, подтвердили высокое качество испытанных приборов и высокую достоверность способа, так как можно сделать вывод об идентичности процессов токопрохождения в образцах №1, 3, 4, в которых совпадают не только токи при указанных в способе напряжениях, но и темп их изменения (степень вольт-амперной характеристики). Именно безразмерная степень вольт-амперной характеристики позволяет повысить достоверность контроля, в связи с тем, что наклон вольт-амперной характеристики определяет все физические процессы, происходящие как на границах раздела изолятор-полупроводник или контакт-полупроводник, так и в объеме полупроводника. В то же время в прототипе вторая и первая производные также позволяют идентифицировать характеристики контролируемых приборов, однако точность второй производной ниже, чем у первой, и, соответственно, достоверность также ниже. Способ измерения параметров глубоких уровней, выбранный в качестве прототипа по авт. св. СССР №1692262, обладает следующими технико-экономическими преимуществами: определение характеристики полупроводникового прибора на предпороговом участке вторичного пробоя в соответствии с заданными требованиями к достоверности в режиме; обеспечение неразрушающего контроля; получение сопоставимых характеристик для различных полупроводниковых приборов; универсальность способа, поскольку возможно применение к различного типа полупроводниковым приборам (транзисторам, лавинно-пролетным диодам, стабилитронам). Предложенный способ контроля качества полевого транзистора, сохраняя технико-экономические преимущества способа-прототипа обладает рядом следующих: увеличение выхода годных приборов; минимальная трудоемкость измерений; экспрессность методики; возможность автоматизации измерений с помощью ЭВМ.