СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК РЕЗИСТИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ГИБРИДНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ Российский патент 2010 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к области контроля и может быть использовано для ускоренного контроля качества изготовления полупроводниковых приборов химическим способом, в частности диэлектрических пленок резистивных компонентов гибридных интегральных схем.

Известно химическое травление пленок в растворах, при котором скорость травления зависит, с одной стороны, от химического состава и кристаллической структуры материала пленки, полученной при осаждении из газовой фазы с различным содержанием окислителя, а с другой от состава раствора-травителя, который может служить качественной характеристикой химического состава пленки. (В.И.Белый и др. Нитрид кремния в электронике. «Наука», Сибирское отделение, Новосибирск, 1982. - с.109-110). Недостатком данного способа является большая трудоемкость определения глубины травления.

Известен травитель нитрида кремния (Si₃N₄), содержащий 48%-ный HF - 14 мл и NH₄F - 35 г на 100 мл деионизованной воды, применяемый при изготовлении микросхем с диэлектрическими пленками, в котором скорость растворения диоксида кремния значительно выше, чем нитрида кремния, т.е. зависит от химического состава и кристаллической структуры материала пленки. (З.Ю.Готра. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. - М., Радио и связь, 1991. - с 401).

Известен цветовой способ контроля толщин диэлектрических прозрачных пленок на подложках, отражающих белый свет, заключающийся в определении толщины диэлектрическо пленки путем сравнения цвета поверхности пленки, вызванного гасящей интерференцией белого света, отраженного от поверхности диэлектрической пленки и от подложки с преломлением падающего и отраженного лучей света через диэлектрическую пленку, с цветом поверхности эталона, равным толщине пленки. (Кн. А.Н.Курносов и В.В.Юдин. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М., «Высшая школа», 1986, с.133.). Данный способ принят за прототип.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является отсутствие возможности контроля качества изготовления диэлектрических пленок резистивных компонентов гибридных интегральных схем по химическому составу и кристаллической структуре материала.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа ускоренного контроля качества диэлектрических пленок резистивных компонентов гибридных интегральных схем по химическому составу и кристаллической структуре материала путем сравнения скорости химического травления материала изготовленной диэлектрической пленки с эталоном, т.е. с диэлектрической пленкой, обеспечивающей высокие химическую стойкость и теплопроводность, соответствующие заданным требованиям технических условий на изготовление резистивных компонентов гибридных интегральных схем.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого способа, является значительное сокращение времени на контроль качества диэлектрических пленок резистивных компонентов гибридных интегральных схем по химическому составу и кристаллической структуре материала.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе контроля качества диэлектрической пленки резистивных компонентов гибридных интегральных схем, включающем определение толщины оптически прозрачной диэлектрической пленки, нанесенной на резистивный слой, путем сравнения цвета поверхности пленки, вызванного гасящей интерференцией белого света, отраженного от поверхности диэлектрической пленки и от резистивного слоя с преломлением падающего и отраженного лучей света через диэлектрическую пленку, с цветом поверхности эталона, равным толщине пленки, согласно предложенному техническому решению.

сначала выполняют химическое травление диэлектрической пленки на заданную глубину, определяемую цветом поверхности, соответствующим оставшейся толщине пленки, образованной травлением, затем сравнивая полученное время травления с нормативным определяют качество диэлектрической пленки по химическому составу и кристаллической структуре материала;

химическое травление выполняют на технологических полях подложки или на тестовой структуре, изготовленной совместно с резистивными компонентами гибридных интегральных схем;

при химическом травлении диэлектрической пленки из нитрида кремния (Si₃N₄) раствором из 48%-ной HF - 14 мл и NH₄F - 35 г в 100 мл деионизованной воды заданную глубину травления определяют изменением, например, зеленого цвета на фиолетовый.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного способа контроля качества диэлектрической пленки резистивных компонентов гибридных интегральных схем, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Сущность способа контроля качества диэлектрической пленки резистивных компонентов гибридных интегральных схем заключается в следующем.

В предложенном способе контроля качества диэлектрической пленки резистивных компонентов гибридных интегральных схем используется эффект изменения цвета поверхности оптически прозрачной диэлектрической пленки по мере изменения толщины, вызванного гасящей интерференцией белого света, отраженного от поверхности диэлектрической пленки и от резистивного слоя с преломлением падающего и отраженного лучей света через диэлектрическую пленку. Используя этот эффект, на технологических полях подложки или на тестовой структуре, изготовленной совместно с резистивными компонентами, диэлектрическую пленку, нанесенную на резистивный слой, подвергают химическому травлению на заданную глубину, определяемую цветом поверхности, образованной травлением, путем сравнения цвета поверхности пленки с цветом поверхности эталона, равным оставшейся толщине пленки. До химического травления оптически прозрачная пленка имеет, например, зеленый цвет. С нанесением на технологическое поле подложки или на тестовую структуру раствора-травителя одновременно включается счетчик времени. После химического травления на пленке остается слой определенной толщины, который характеризуется соответствующим цветом поверхности, например фиолетовым, с получением которого счетчик времени отключается. В результате включения и выключения счетчика времени получают действительное время химического травления изготовленной диэлектрической пленки на определенную глубину. Затем полученное время травления сравнивают с нормативным, т.е. временем, необходимым для травления на эту глубину качественной диэлектрической пленки, имеющей компактную структуру и обеспечивающей высокие химическую стойкость и теплопроводность, заданные техническими условиями на изготовление компонентов гибридных интегральных схем. Отклонение полученного времени травления от нормативного свидетельствует об ухудшении качества изготовленной диэлектрической пленки по химическому составу и кристаллической структуре материала.

Пример выполнения способа контроля качества диэлектрической пленки резистивных компонентов гибридных интегральных схем

На партию подложек с резистивным слоем методом реактивного магнетронного распыления в газовой смеси аргона и азота в соотношении 1:1 при электрическом токе 2 А и напряжении 550 В между анодом и катодом, при давлении газовой смеси в вакуумной камере 1,6·10^-3 мм рт.ст. нанесли оптически прозрачную диэлектрическую пленку из нитрида кремния (Si₃N₄) толщиной 0,57 мкм, которая имела поверхность зеленого цвета, одна из которых подверглась контролю на качество диэлектрической пленки по химическому составу и кристаллической структуре материала в соответствии с заданными техническими условиями на изготовление компонентов гибридных интегральных схем. В нескольких точках на технологических полях подложки наносилось по капле раствора плавиковой кислоты, содержащего 48%-ный HF - 14 мл и NH₄F - 35 г в 100 мл деионизованной воды и одновременно включался секундомер. При химическом травлении с уменьшением толщины на 0,05 мкм цвет поверхности пленки сменился на фиолетовый, в этот момент секундомер выключили. При хорошем качестве пленки, соответствующем эталону, время химического травления составляет 5 мин, которое принято за нормативное время. Если время травления было меньше нормативного, это значило, что диэлектрическая пленка выполнена с браком, т.е. было допущено нарушение технологического процесса нанесения диэлектрической пленки, связанное, например, с появлением в камере микротечи или изменением чистоты газов, подаваемых в вакуумную камеру, что привело к нарушению химического состава за счет активного взаимодействия кремния (Si) с кислородом, например к образованию оксинитрида кремния (Si_xO_yN_z), и других примесей, а также к изменению кристаллической структуры материала диэлектрической пленки, приводящих к увеличению скорости химического травления.

Изобретение относится к области контроля и может быть использовано для ускоренного контроля качества изготовления полупроводниковых приборов химическим способом, в частности диэлектрических пленок резистивных компонентов гибридных интегральных схем. Технический результат: сокращение времени контроля. Сущность: способ включает химическое травление диэлектрической пленки, нанесенной на резистивный слой, на заданную глубину, определяемую цветом поверхности пленки, соответствующим оставшейся толщине пленки, вызванным интерференцией отраженного белого света от поверхности пленки и от резистивного слоя. Сравнивая полученное время травления с нормативным, определяют качество диэлектрической пленки по химическому составу и структуре кристаллической решетки ее материала. Химическое травление выполняют на технологических полях подложки или на тестовой структуре, изготовленной совместно с резистивными компонентами гибридных интегральных схем. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ контроля качества диэлектрической пленки резистивных компонентов гибридных интегральных схем, включающий определение толщины оптически прозрачной диэлектрической пленки, нанесенной на резистивный слой, путем сравнения цвета поверхности пленки, вызванного гасящей интерференцией белого света, отраженного от поверхности диэлектрической пленки и от резистивного слоя с преломлением падающего и отраженного лучей света через диэлектрическую пленку, с цветом поверхности эталона, равным толщине пленки, отличающийся тем, что сначала выполняют химическое травление диэлектрической пленки на заданную глубину, определяемую цветом поверхности, соответствующим оставшейся толщине пленки, образованной травлением, затем, сравнивая полученное время травления с нормативным, определяют качество диэлектрической пленки по химическому составу и кристаллической структуре материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что химическое травление выполняют на технологических полях подложки или на тестовой структуре, изготовленной совместно с резистивными компонентами гибридных интегральных схем.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при химическом травлении диэлектрической пленки из нитрида кремния (Si₃T₄) раствором из 48%-ой HF - 14 мл и NH₄F - 35 г в 100 мл деионизованной воды заданную глубину травления определяют изменением, например, зеленого цвета на фиолетовый.