СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДОЗЫ ИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к области анализа материалов с помощью физических средств и может быть использовано в технологии изготовления микроэлектронных полупроводниковых приборов.

Известен способ контроля однородности и величины дозы ионной имплантации, при котором на подложку наносят ионно-чувствительный резист [1]. После ионной имплантации примеси резист проявляют и контролируют дозу по толщине оставшегося слоя резиста.

К недостаткам этого способа относятся необходимость нанесения на подложку ионно-чувствительного резиста и использование процесса химического проявления резиста после ионной имплантации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения малых доз ионного легирования [2]. По этому способу доза ионного легирования определяется по измерению вольт-фарадных характеристик предварительно легированной тестовой МДП-структуры. Эту структуру получают с помощью ионной имплантации примеси, создающей тип проводимости, противоположный типу проводимости подложки.

Однако данный способ требует предварительного создания контрольной МДП-структуры, проведения дополнительного отжига-стабилизации тестовых структур при температуре 900^oС в инертной среде.

Изобретение направлено на упрощение и повышение экспрессности способа.

Это достигается тем, что в способе контроля дозы ионного легирования, заключающемся в определении физических свойств ионно-легированной подложки, в подложке измеряют величину внутреннего трения до ионного легирования - Q^-1, величину внутреннего трения после ионного легирования - Q^-1 _и.л и вычисляют коэффициент К увеличения внутреннего трения по зависимости
K=Q^-1 _и.л/Q^-1,
а величину дозы ионного легирования определяют по характеристической зависимости коэффициента увеличения внутреннего трения от дозы ионного легирования.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. В подложке, предназначенной для ионного легирования, предварительно измеряется величина внутреннего трения Q^-1. Затем проводится ионное легирование подложки и в ней вновь измеряется внутреннее трение Q^-1 _и.л. Вычисляется коэффициент увеличения внутреннего трения K = Q^-1 _и.л/Q^-1. Дозу ионного легирования Д определяют по характеристической зависимости К от Д. Такую зависимость получают предварительно с помощью измерения Д традиционным способом измерения дозы ионного легирования (например, используя "цилиндр Фарадея") для каждого типа полупроводника, толщины подложки и вида имплантируемого иона. В последующем эти кривые используют в качестве справочных.

На чертеже представлена характеристическая зависимость коэффициента увеличения внутреннего трения К от дозы ионного легирования Д для кремниевой подложки толщиной 400 мкм при имплантации ионов бора.

Пример реализации способа. Контролировалась доза ионного легирования при имплантации бора в пластины кремния КДБ-10 толщиной 400 мкм. Перед ионным легированием в подложке была измерена величина внутреннего трения по затуханию изгибных колебаний с использованием бесконтактного электростатического возбуждения и регистрации колебаний [3]. Она составила Q^-1=1,2•10^-6. Производилось ионное легирование на установке "Везувий-13". После этого в легированной подложке была измерена величина внутреннего трения Q^-1 _и.л = 9,5•10^-6. Коэффициент увеличения внутреннего трения составил К=Q^-1 _и.л/Q^-1=7,9. По характеристической зависимости К от Д для кремниевой подложки толщиной 400 мкм при имплантации ионов бора, показанной на чертеже, была определена доза ионного легирования, которая составила величину 0,93 мкКл/см².

Увеличение внутреннего трения при ионной имплантации монокристаллических подложек происходит из-за нарушения кристаллической структуры приповерхностного слоя полупроводника и образования большого количества точечных дефектов, кластеров, а при больших дозах и аморфных областей. Бомбардировка поверхности подложки высокоэнергетическими ионами приводит к тому, что вдоль "трека" прохождения иона вглубь поверхности образуется область с концентрацией структурных дефектов на несколько порядков больше, чем концентрация внедренной примеси. При знакопеременной механической деформации происходит релаксационное поглощение энергии механических колебаний за счет неупругого поведения дефектов при их перескоках из одного устойчивого положения в другое [4] , что приводит к значительному возрастанию внутреннего трения подложки. Величина внутреннего трения пропорциональна степени разупорядочения кристаллической структуры поверхностного слоя подложки, а следовательно, и дозе имплантируемых ионов, вплоть до начала процесса аморфизации, при котором возникает область "насыщения" на кривой зависимости К от Д (см. чертеж). Предельной измеряемой дозой ионного легирования в предлагаемом способе является доза, при которой наступает полная аморфизация кристаллической структуры поверхности подложки и которая составляет величину порядка сотен мкКл/см² в зависимости от свойств материала и вида иона. Минимальная регистрируемая данным способом доза Д определяется чувствительностью установки для измерения внутреннего трения и реально составляет величину порядка десятых долей мкКл/см².

Применение предлагаемого способа позволит значительно упростить и повысить экспрессность контроля дозы ионного легирования по сравнению с известными способами за счет применения бесконтактного неразрушающего метода внутреннего трения, отсутствия необходимости создания дополнительных тестовых структур, требующих проведения стабилизирующего отжига в инертной среде, или нанесения на подложку резистов с последующим его проявлением. В новом способе контроль дозы легирования осуществляется непосредственно по результатам воздействия ионов на измеряемую пластину, что повышает достоверность измерений. Благодаря экспрессности и неразрушающему характеру заявляемого способа он может быть использован для сплошного контроля дозы ионного легирования в производственных условиях.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1618222, М. Кл. Н 01 L 21/66, 30.09.91. Бюл. 36.

2. Авторское свидетельство СССР 1786542, М. Кл. Н 01 L 21/66, 07.01.93. Бюл. 1.

3. Авторское свидетельство СССР 1054742 М. Кл. G 01 N 11/16, 15.11.83. Бюл. 42.

4. А.Н. Александров, М.И. Зотов. Внутреннее трение и дефекты в полупроводниках, М., Наука, 1979.

Использование: для анализа материалов с помощью физических средств при изготовлении полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: для контроля дозы ионного легирования в подложке измеряют величину внутреннего трения до ионного легирования Q^-1, величину внутреннего трения после ионного легирования Q^-1_и.л и вычисляют коэффициент К увеличения внутреннего трения по зависимости К=Q^-1 _и.л/Q^-1, а величину дозы ионного легирования определяют по характеристической зависимости коэффициента увеличения внутреннего трения от дозы ионного легирования. Технический результат - упрощение и повышение экспрессности способа. 1 ил.

Способ контроля дозы ионного легирования, заключающийся в определении физических свойств ионно-легированного слоя подложки, отличающийся тем, что в подложке измеряют величину внутреннего трения до ионного легирования Q^-1, величину внутреннего трения после ионного легирования Q_и.л ^-1 и вычисляют коэффициент К увеличения внутреннего трения по зависимости
K= Q_и.л ^-1/Q^-1,
а величину дозы ионного легирования определяют по характеристической зависимости коэффициента увеличения внутреннего трения от дозы ионного легирования.