Способ выявления слоев эпитаксиальных структур кремния

 

Сущность изобретения: локэльнозлектролитически сравнивают эпитаксигльпые слои до буферного р слоя. Окрашивают все слои в электролите. Электролит представляет собой водный раствор плавиковой кислоты . Пластину выдерживают в электролите 1 - 3 с. Затем подают на пластину положительный потенциал в пределах 0,5 - 5,0 В в течение 10-40 с.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (м)з Н 01 1 21/66

ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4893015!25 (22) 20.12.90 (46) 15.07;93. Бюл. hb 26 (71) Научно-производственное обьединение

"Исток" (72) B. В. Никулов (56).:Основы технологии кремниевых интегральных схем. Окисление, диффузия, эпитаксия. Под ред. P. Бургера и P. Донована, M.: Мир, 1969, с. 300- 306.

Физико-химические методы обработки поверхности полупроводников. Под ред. Б.

Д. Луфт, M., "Радио и связь", 1982, с. 124—

125.

Предполагаемое изобретение относится к полупроводниковой технологии в части измерения параметров эпитаксиальных структур кремния и Mo)KGT быть использовано при выявлении и последующем определении толщин слоев в многослойных структурах .

Цель изобретения — выявление слоев в многослойных эпитаксиальных структурах кремния с двойным буферным слоем.

Стравливание n+np-слоев со структуры в месте присоединения контакта от источника тока обеспечивает надежный невыпрямляющий контакт к низкоомному буферному

+ р -слою, а .также приводит к тому, что .+ и и-часть структуры во время подачи напряжения на электролитическую ячейку принимает отрицательный потенциал вследствие хороших изолирующих свойств р-и-перехода и высокой электропроводности раствора — электролита. (54) СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЛ СЛОЕВ ЭПИТАКСИАЛЬ НЫХ СТРУКТУР КРЕМНИЯ (57) Сущность изобретения: локальноэлектролитически сравнивают эпитаксиальные слои до буферного р слоя. Окрашивают все слои в электролите, Электролит представляет собой водный раствор плавиковой кислоты. Пластину выдерживают в электролите 1 — 3 с. Затем подают на пластину положительный потенциал в пределах 0,5 — 5,0 В в течение 10 — 40 с.

На стадии выдерживанил пластины в растворе HF в течение 1 — 3 с без подачи электрического потенциала происходит страпливание естественного окисла с пластины, который мешает выявлению слоев.

На стадии выдерживания пластины в растворе под положительным потенциалом, приложенным к pp+;pp р-области происходит селективное окисление слоев кремния, В отличие от прототипа, где подкисление поверхности шарового шлифа проводится с образованием невидимой окисной пленки, усиливающей селективность осаждения меди, в данном способе достигается низковольтное селективное окисление шарового шлифа с образованием видимых пленок кремниевой кислоты, нерастворимой в плавиковой кислоте. Окисление с образованием кремниевой кислоты обусловлено оптимальным содержанием плааиковой кислоты в электролите. Степень электрического окисления различных слоев при под182Т694. а е на них одинакового положительного потенциала зависели от уровня их легирования и типа проводимости. Окисление происходит сильнее на кремнии и-типа проводимости и возрастает с увеличением уровня легированил. Соответственно на кремнии р-типа степень окисления меньше, чем и-типа и уменьшается с увеличением уровня легирования, При появлении шарового шлифа подача положительного потенциала (0,5 — 5,0) на рр - р; р-область приводкгг к интенсивному окислению и соответственно окрашиванию р-слоя структуры, а также в меньшей степе+ ни переходной границы отр-к pd" слою и самого р,рслоя, при этом р „- -слой останется неокрашенным вследствие слабого окисления, а подложечная часть р- — окрашивается так же как и р-слой.

Поскольку n+n область структуры изоли+ ++ рована р-и-переходом от рр р,- р- области, приложенный к и+и области положительный потенциал относительно катода оказывается более низким по сравнению с потенциалом рр ; р.- р — области. Это приводит к тому, что во время проявления шлифа и-область структуры не изменяет окраску, a n+ область окраску цвета изменяет вследствие более легкой окисляемости.

Таким образом после проявления шлифа окрашенными являются и р, р+,, рслои. Неокрашенными остаются и-, р -слои. Соседствующие р и р - -слои имеют различную окраску и могут быть измерены раздольно.

Время выдержки структуры в растворе без подачи напряжения, равное 1 — 3 с, берется минимальным, поскольку естественный окисел, толщина которого не более

50 A стравливается практически мгновенно.

Нижний предел электрического напряжения 0,5 В, подаваемого на структуру, при проявлении шлифа определяется. тем, что при более низких напряжениях проявление идет слишком медленно и не достигаются четкие границы между слоями, при напряжениях выше 5 В проявление происходит слишком быстро и затрудняется установление одновременного контрастного изображенил всех слоев структуры.

Время проявления меньше 10 с недостаточно для получения контрастного изображения слоев структуры. При времени выдержки более 40 с происходит искажение истинной. толщины слоев вследствие перевода значительной толщины кремния в окисел, возникают растравы на границах между слоями, затрудняющие измерение. Нижний предел концентрации HF вэлектролите10ф, 5

55 определяется тем, что при меньшем содержании HF не происходит окисления с окрашиванием слоев. При концентрации HF выше 20$ процесс окисления становится трудно контролируемым вследствие высокой скорости его проткания. Кроме того, наблюдается преимущественное синхронное

+ н окисление р„- и р,г слоев, не позволяющее их выявлять раздельно.

Пример 1. Берут структуру кремния типа и прр,р< р- с шаровым шлифом. На небольшом участке ее (сегменте с высотой 3 — 5 мм) в травителе Сиртла стравливаются активные слои до р, -буферного слоя. Проводником с зажимом типа "Крокодил" подсоединяют контакт от положительного потенциала источника тока Б 5 — 8 к протравленной части структуры. Пластину опускают в ванну с электролитом состава 15 (HF+85$ Н О и устанавливают параллельно отрицательному электроду, представляющему собой медную пластину размером с зпитаксиальную структуру. Расстояние между структурой и медной пластиной 1 — 2 см. Без подачи потенциала структура выдерживается 2 сек. затем подают потенциал 1,5

В и выдерживают 20 сек. Затем структуру вынимают из электролита, промывают в воде, высушивают. При наблюдении под микроскопом видны четко проявленными все слои структуры.

Аналогично было проведено выявление слоев в примерах 2 — 8, при других значениях параметров, указанных в формуле изобретения и за ее пределами.

Использование предлагаемого способа выявления слоев в эпитаксиальных структурах позволит выявлять все слои в многослойных структурах с двойным буферным слоем и обеспечит более четкое их выявление, чем в прототипе.

Формула изобретения

Способ выявления слоев эпитаксиальных структур кремния, включающий изготовление шарового шлифа на пластине, электрохимическое окисление шлифа в растворе плавиковой кислоты, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью выявления слоев в

+ + н многослойной структуре и пррр рд. p- c двойным буферным слоем, производят локальное стравливание зпитаксиальных слоев до буферного р -слоя в месте присоединения электрода, предназначенного для подачи положительного потенциала, выдерживают пластину с шаровым шлифом в растворе плавиковой кислоты с концентрацией 10 — 20 j> 1 -3 с без подачи электрического напряжения, а затем подают на пластину положительный потенциал

0;5 — 5,0 В в течение 10 — 40 с.

1827694

Составитель Е.Киселева

Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина

Редактор

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

Заказ 2360 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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