[发明专利]一种半导体-绝缘体界面态密度和俘获截面的测试方法

说明书

本发明公开了一种半导体‑绝缘体界面态密度和俘获截面的测试方法，包括以下步骤：(1)在半导体薄片表面生长绝缘体薄膜，接着在绝缘体薄膜表面生长金属薄膜，进而制得金属‑绝缘体‑半导体结构的MIS器件；(2)对上述MIS器件在不同测试温度T下进行电容瞬态测试，获得电容在载流子发射过程中的变化，经过转化变为电荷N_it的瞬态电容；(3)对上述电荷N_it关于时间t求导，求得在不同测试温度下电荷的发射速率e_p；(4)在不同的电荷密度下，作ln(e_p/T²)关于1/T的函数，由斜率和截距分别求得界面态密度和俘获截面随能级的分布。利用本发明，可以获取俘获截面与界面态密度随能级位置的分布，应用广泛。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其是涉及一种半导体-绝缘体界面态密度和俘获截面的测试方法。

背景技术

随着器件线宽的逐年降低，半导体器件中的界面缺陷对于器件宏观电学性能的影响将日益加剧。硅与氧化硅界面、硅与氧化铝界面缺陷就是工业生产器件中常见的缺陷类型，这主要是因为氧化硅常被用作栅氧或者埋氧而广泛地应用于集成电路中，而市场主流的PERC电池中背场钝化采用的氧化铝介质膜的钝化作用导致其成为重点关注对象。界面缺陷会作为载流子的复合中心，导致漏电流的增加，从而在半导体器件中增加了硅基器件低频下的噪声信号。在双极型晶体管中的埋氧-硅界面缺陷则会导致基级漏电流的增加，进而降低增益系数，最终使得集成电路的失效。而在光伏器件中，界面缺陷会成为深能级中心并俘获载流子，极大地影响了电池效率。因此，充分有效的检测界面态与绝缘层中电荷就变得更加重要，对于器件性能的分析、预测与工艺的改进都具有着重要的学术与实际生产意义。

众所周知，很多半导体界面缺陷，包括但不仅限于硅-氧化硅界面、硅-氧化铝界面等，都会在硅的禁带中会引入一系列连续分布的能级，并且各能级上对应的界面态密度与俘获截面而发生数个数量级的变化。然而，目前广泛使用的相关测量技术，包括高-低频C/V测试、深能级瞬态谱测试都不能获取俘获截面随能级位置分布的变化，而是采用了恒定的俘获截面。显然，这与实际情形不符。而这将进一步地影响到界面态密度随能级分布测试结果的准确性。因此，目前需要寻找一种新的有效的测试方法，实现半导体-绝缘体界面态密度和俘获截面随能级分布的测试方法，这对于理解与调制半导体元器件的性能有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的测试方法，实现半导体-绝缘体界面态密度和俘获截面随能级分布的测试。

本发明采用如下技术方案：一种半导体-绝缘体界面态密度和俘获截面的测试方法，包括以下步骤：

(1)在半导体(如硅、锗等)薄片表面生长绝缘体(如氧化硅、氧化铝、氮化硅等)薄膜，接着在绝缘体薄膜表面生长金属(如金、铝等)薄膜，进而制得金属-绝缘体-半导体结构的MIS器件；

(2)对上述MIS器件在不同测试温度T下进行电容瞬态测试，获得电容在载流子发射过程中的变化，经过转化变为电荷N_it的瞬态电荷；

(3)对步骤(2)中所述的电荷N_it关于时间t求导，求得在不同测试温度下电荷的发射速率e_p；

(4)在不同的电荷密度下，作ln(e_p/T²)关于1/T的函数，由斜率和截距分别求得界面态密度N_T和俘获截面σ随能级的分布。

步骤(1)的主要作用是：制得计算界面态密度N_T和俘获截面σ所需的MIS器件。

作为优选，步骤(1)中，所述的半导体薄片的电阻率介于0.01–50Ω.cm之间，导电类型为n型或者p型。