СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТНОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК Российский патент 2001 года по МПК H01L21/66 

Предлагаемое изобретение относится к неразрушающим способам диагностики структурного совершенства диэлектрических слоев, осажденных на полупроводниковую подложку, и может использоваться в технологии микроэлектроники для контроля качества подзатворных диэлектриков, маскирующих и защитных покрытий.

Известен способ электрографического контроля дефектности, прежде всего, сквозной пористости диэлектрических пленок путем получения изображения на фотобумаге картины распределения пор по поверхности пленки при пропускании электрического тока через систему полупроводник (кремний)-диэлектрик-смоченная в водном растворе гидрохинона фотобумага [1].

Недостаток известного способа в том, что он позволяет контролировать только наличие в диэлектрике пор с диаметром более 0,1 мкм.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ контроля дефектности диэлектрических пленок путем эллипсометрических измерений их показателя преломления, по величине которого можно судить о плотности материала пленки и о наличии в ней микро- и макроскопических пор [2].

Недостаток способа [2] в низкой чувствительности обычных эллипсометрических измерений к пористости пленок, особенно в случае, когда пленка находится в упруго-напряженном состоянии из-за различий структуры и коэффициентов термического расширения пленки и подложки. Напряжения в пленках обычно являются сжимающими и деформирующими форму пор с уменьшением их геометрических размеров и, как следствие, с увеличением эффективных значений плотности и показателя преломления материала. Последнее искажает объективную информацию об истинной степени пористости пленки и при вариациях величины механических напряжений, например, вследствие изменений температуры во время измерений, вносит погрешность в результаты контроля дефектности диэлектрика.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение чувствительности эллипсометрического контроля дефектности диэлектрических пленок за счет уменьшения деформации пленок.

Технический результат достигается тем, что в способе контроля дефектности диэлектрических пленок, включающем эллипсометрические измерения показателя преломления пленки, при измерениях пленку упруго деформируют, создавая в ней растягивающие напряжения, и по изменению показателя преломления при деформации судят о дефектности пленки.

Новым, не обнаруженным при анализе научно-технической и патентной литературы в заявляемом способе является то, что при измерениях пленку упруго деформируют, создавая в ней растягивающие напряжения, и по изменению показателя преломления при деформации судят о дефектности пленки.

Технический результат в заявляемом способе достигается благодаря тому, что упругая деформация, создающая растягивающие напряжения в пленке во время эллипсометрических измерений, приводит к компенсации сжимающих напряжений, обусловленных структурным несоответствием и различием коэффициентов термического расширения пленки и подложки, и восстановлению формы и размеров пор, т. е. к восстановлению истинных значений плотности и показателя преломления контролируемого материала.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом. По стандартной методике [2] на эллипсометре измеряют показатель преломления диэлектрической пленки в исходном состоянии. Затем структуру с пленкой деформируют таким образом, чтобы в пленке возникли растягивающие напряжения. Наиболее удобным способом такой деформации служит упругий изгиб, при котором пленка оказывается на выпуклой стороне структуры. Для этого используют любой из известных методов осесимметричного изгиба пластин, например, четырехточечный или на кольцевой матрице с помощью кольцевого пуансона с микрометрическим перемещением. На деформируемой структуре вновь измеряют показатель преломления диэлектрической пленки в условиях действия в ней растягивающих напряжений. Разновидность показателей преломления пленки в исходном состоянии характеризует степень пористости диэлектрика. Увеличение пористости приводит к разности показателей преломления. Если разность показателей преломления исходной и деформированный пленки равна нулю, то пленка считается бездефектной. Для определения численного значения пористости пленок по разности показателей преломления строят градуировочные зависимости этой разности от пористости (объемной концентрации пор или плотности материала пленки), которую определяют любым из известных независимых методов, например электронно-микроскопией, рентгеновским, параметрическим и др. Такую градуировку для данного вида материала пленки при вариациях способов и режимов ее получения проводят однократно и затем при эллипсометрическом контроле используют только графические, табличные или корреляционные зависимости. Это связано с тем, что практически все методы определения являются абсолютно разрушающими и поэтому не применимы для производственного контроля дефектности электрических пленок.

Пример практической апробации заявляемого способа
Пластины кремния марки КДБ-12 (001) толщиной 460 мкм окисляли в потоке влажного кислорода при 1420 K и выращивали на поверхности пленку диоксида кремния толщиной 0,9-1,0 мкм. Затем структуры отличали в потоке сухого азота при 1170 К в течение различной длительности и фиксировали время отжига, при котором становится снижение пористости пленок, регистрируемой известными и заявляемым способами. В качестве известных способов использовали электрографический [1] и способ-прототип [2]. Эллипсометрические измерения показателя преломления на длине волны 632,8 нм выполняли на автоматизированном цифровом эллипсометре ЛЭФ-601 с точностью 0,001. При измерении по заявляемому способу показатель преломления пленок регистрировали до и после упругой деформации пленок четырехточечным изгибом, создававшей в них растягивающие напряжения. Напряжения в пленках измеряли на рентгеновском двухкристальном спектрометре по радиусу кривизны структур с точностью не хуже 1,1 МПа и варьировали в диапазоне 0-70 МПа. Минимальное значение напряжений соответствовало исходному состоянию структуры, когда в пленке диоксида кремния действовали снижающие напряжения для данной толщины и условий выращивания пленки. Максимальная величина напряжений соответствовала растягивающей деформации, при которой начиналось микроразрушение (трещинообразование и обслуживание) пленки диоксида кремния.

Результаты определения времени начала отжига пор, зафиксированного различными способами, приведены в таблице. Интервал значений длительности отжига соответствует границам доверительного интервала измерений регистрируемого параметра, т.е. плотности пор или показателя преломления, вычисленных с надежностью 0,95 по данным измерений в 10-12 областях поверхности пленок.

Как видно из данных таблицы, заявляемый способ позволяет на более ранних стадиях термообработки зафиксировать начало отжига пор в пленках диоксида кремния по сравнению с известными, т.е. его чувствительность к изменению дефектности пленок выше, чем в известных методах.

Литература
1. Курносов А. И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М.: Высш.шк., 1986, с. 134-135.

2. Палатник Л.С., Черемской П.Г., Фукс М.Я. Поры в пленках. М.: Энергоиздат, 1982, с. 180-190.

Использование: в неразрушающих способах диагностики структурного совершенства диэлектрических слоев, осажденных на полупроводниковую подложку. Сущность изобретения: в способе контроля дефектности диэлектрических пленок, включающем эллипсометрические измерения показателя преломления пленки, при измерении пленку упруго деформируют, создают в ней растягивающие напряжения и по изменению показателя преломления при деформации судят о дефектности пленки. Технический результат: повышение чувствительности эллипсометрического контроля дефектности диэлектрических пленок за счет уменьшения деформации пленок. 1 табл.

Способ контроля дефектности диэлектрических пленок, включающий эллипсометрические измерения показателя преломления пленки, отличающийся тем, что при измерениях пленку упруго деформируют, создавая в ней растягивающие напряжения, и по изменению показателя преломления при деформации судят о дефектности пленки.