Электрохимический способ контроля пористости термически выращенных пленок диоксида кремния на кремнии

 

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, и частности к способу контроля пористости диэлектрических пленок, может быть использовано для контроля дефектности пленок SiOЈ в процессе изготовления полупроводниковых приборов и ИС по планарной технологии. Цель изобретения - повышение точности и экспрессности контроля пористости диэлектрической пленки с возможностью количественной оценки плотности пор. Способ включает создание контакта структуры Si-Si02 с раствором электролита и измерение тока, протекающего через нормированную площадь структуры Si-Sib в замкнутой цепи ПДЭ-структуры при поддержании постоянного напряжения в цепи. При вольт-амперной характеристик ке определяют пригодность окисла. Способ позволяет количество оценивать плотность пор в пленке Si03. 1 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил. с (S (Л

союз советсних

РЕСПУБЛИН (51)5 Н 01 ? 21/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ гос дАРственный номитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ пРи Гннт сссР (21) 4317490/25 (22) 16. 10, 87 (46) 15.05.91. Бюл. И 18 (71) Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря, (72) А.Н.Горбань, С.Э.Завадовский, E.Ã.Òÿãóøåâà, В.П.Шаповалов и Ю.А. Ясинский (53) 543.25(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 391455, кл. 0 01 N 27/00, 1973.

Глудкин О.П. Электрохимические методы исследования дефектности тонких диэлектрических слоев. М.:

ЦНИИ "Электроника", 1985, с.3-4. (54) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИИ СПОСОБ КОЙТРОЛЯ ПОРИСТОСТИ ТЕРМИЧЕСКИ ВЫРАЩЕННЫХ ПЛЕНОК ДИОКСИПА КРЕМНИЯ НА КРЕМНИИ (57) Изобретение относится к полуl проводниковой микроэлектронике, в

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, в частности к способу контроля пористости диэлектрических пленок без их разрушения, и может быть использовано для . контроля дефектности пленок 810 на . кремнии в процессе изготовления полу проводниковых. приборов и интегральных схем по планарной технологии.

Целью изобретения является повьппение точности и экспрессности контроля пористости диэлектрической пленки с возможностью количественной оценки плотности пор.

„SUÄÄ 1649616 А 1

2 частности к способу контроля пористости диэлектрических пленок, может быть использовано пля контроля дефектности пленок SiO в процессе изготовления полупроводниковых приборов и ИС по планарной технологии.

Цель изобретения — повьппение точности и. экспрессности контроля пористости диэлектрической пленки с возможностью количественной оценки плотности пор. Способ включает создание контакта структуры Si-SiO с раствором электролита и измерение тока, протекающего через нормированную площадь структуры Si-S10 в замкнутой цепи ПДЭ-структуры при поддержании постоянного напряжения в цепи. При вольт-амперной характеристике определяют пригодность окисла.

Способ позволяет количество оценивать плотность пор в пленке Si0 .

1 с ° H 1 э Biô-лы, 3 KTI

На фиг. 1 представлена измеритель- © ная схема контроля пористости SiO на кремнии, на фиг. 2 — график зависимости сопротивления ППЭ-системы протекающему току от площади пор, на фиг. 3 — вольт-амперная характери стика (нормировочная) структуры

Si-SiO в ПДЭ-системе при диаметре

;пор, превьппающем 1 мкм. ° ю

Пример-. Проведено исследование пористости пленок SiO толщий ной 0,015- 2,38 мкм, полученных термическим окислением при различных режимах окисления. Исследуемую окис3 164961 ленную пластину нерабочей стороной, с которой снят окисел, помещают на предметный столик, к которому прикладывают отрицательный потенциал источника постояйного напряжения.

Сверху над пластиной на высоте от

0,3 мм от поверхности пластины располагают рамку, на которую подают положительный потенцаил. В рамку 10 заливают электролит, представляю щий собой 0,257.-ный раствор соляной кислоты. Вследствие сил поверхностного натяжения жидкости вытекания электролита не происходит. Для увеличения разрешения способа площадь рамки ограничивающая электроУ

2 лит, составляет 6 см. В замкнутую цепь включают миллиамперметр. От источника питания подают напряжение 20 из расчета 3 В на 0,01 мкм толщины окисла. Во время исследования напряжение в цепи ПДЭ-системы поддерживают постоянным. Через 40-50с производят измерение тока, протекающего 25 в замкнутой цепи ПДЭ-системы при нормированной площади структуры

Si-SiO, ограниченной рамкой. Легко определить предельно допустимую площадь всех пор на исследуемой по- 30 верхности окисла. Так, предельно допустимая пористость SiO< принята

15 см, следовательно на площади

6 см количество пор составляет

90, Предельно допустимая площадь пор определяющей предельно допустимые токи при различных напряжениях.

Плотность пор рассчитана по формуле

P1 I

USñ S

Использование предлагаемого способа повышает достоверность и объективность контроля, поскольку уменьшает роль субъективного фактора и позволяет о качестве окисла судить по одному параметру — току, протекающему через нормированную площадь структуры Si-SiO в замкнутой цепи

Я

ПДЭ-системы, что позволяет по вольтамперной характеристике определять пригодность окисла, сокращаетг время контроля пластины с 5 мин до 1 мин (по сравнению с пузырьковым методом), что повышает оперативность контроля; не требует дорогостоящего технологического оборудования, весьма прост в применении, позволяет количественно оценивать плотность пор.

Точность способа достаточна для экспресс-контроля, и он может быть . рекомендован для использования в серийном производстве как нераэрушающий способ оперативного экспрессконтроля пористости диэлектрических пленок SiO на кремнии.

Средняя площадь пор (при окислении в осушенном кислороде с добавкой паров хлора) равна 38 мкм, по- 40 этому S = 38 6 ° 15 = 3420 мкм . ПреП( дельно допустимое сопротивление ПДЭсистемы R = — = 10526 Ом для =

Р1

SIIg 7 45 — 10 Ом см, 1 = 0,36 10 мкм.

Таким образом, пластины кремния с окислом, имеющие сопротивление меньше 10526 Ом, не пригодны к дальнейшему использованию, поскольку площадь пор является выше предельно допустимой, а плотность пор выходит за пределы допустимого значения, т.е.

Н > 15 см . При диаметре пор, превы" 55 шающем 1 мкм, вольт-амперная характеристика ПДЭ-системь линейна (фиг,3) .)

Прямая на этом графие соответствует

10526 Ом и является нормировочной вольт-амперной характеристикой, Формула изобретения

Злектрохимичеокий способ контроля пористости термически выращен- ных пленок диоксида кремния на кремнии, включающий создание системы

I кремний — диоксид кремния — электролит, пропускание тока через систему при постоянном напряжении, измере> ние силы тока, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и экспрессности контроля определение силы тока проводят на нормированной площади структуры кремний — диоксид кремния при напряжении, линейно зависящем от толщины оксида кремния, а пригодность оксида кремния определяют путем сравнения измеренной силы тока с предельно допустимым его значением, определяемым по нормировочной вольт-амперной характеристике. ср

Р, к0м

2000 000

500

УО

50

20 а

200 БОО 10ОО 1%О 18ОО 2200 2БОО .УООО

Б, мам

<Рю2

5 1649616

2. Способ по й.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью количественной оценки пористости плен) ки диоксида кремния, пористость определяют по формуле

Р 1 I

vs s ср

; где N — пористость пленки диоксида

l кремния, удельное сопротивление кремния, толщина кремниевой пластины; величина измеренного тока, напряжение, приложенное к системе; средняя площадь поры; нормированная площадь структуры.

1649616

20,60, йЮ f40 t80 ЛО 2И И,В

4Ü8. Я

Составитель А.Китов

Техред М.Дидык

Редактор А.Лежнина Корректор Н.Ревская чаказ 1525 Тираж 380 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101