Способ определения малых доз ионного легирования Советский патент 1993 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к области анализа материалов с помощью электрических средств и может быть использовано в микроэлектронике в технологии ионного легирования (ИЛ) при изготовлении МДП-интегральных схем с многоуровневыми пороговыми напряжениями.

Известен способ измерения заряда подвижных ионов в диэлектрической пленке

МДП-структуры по величине гистерезиса между керавновесными вольтфарадными характеристиками (ВФЗ). Характеристики при этом снимают после выдержки структуры при положительных и отрицательных напряжениях при температурах 150-250°С. Способ позволяет измерить концентрацию заряда по напряжению смещения CV - характеристик.

Однако при проведении таких измерений необходимо нагревать МДП-структуру, что вносит большие погрешности в результаты измерений. Кроме того, измерения можно осуществить только для имплантиро- ванной примес и, однотипной с примесью подложки. Это ограничивает применение контрольных пластин по типу проводимости.

Известен также способ контроля малых доз ионного легирования, включающий измерения нёравновесных импульсных вольт- фарадных характеристик предварительно легированной тестовой МДП-структуры. По этому способу контроль малых доз ИЛ производится с помощью модифицированного четырехзондового метода измерения тонких высокоомных полупроводниковых слоев; основанного на использовании простой текстовой структуры. Тестовая структура в этом случае формируется из кремниевой подложки с концентрацией 10 смг3 примеси противоположного типа проводимости по отношению к измеряемому слою, с созданными на ней сильнолегированными областями (диффузионными зондами).

К недостаткам этого способа относятся влияние токов утечки через р-п-переходы контактов на потенциал подложки, и ограничения по контролируемой дозе легирования снизу.

Целью изобретения является повышение точности определения малых доз ионного легирования.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения малых доз ИЛ, включающем измерения неравновесных импульсных ВФХ предварительно легированной тестовой МДП-структуры, предварительное легирование тестовой структуры осуществляют ионной имплантацией примеси, создающей тип проводимости, противоположный типу проводимости подложки до концентра- . ции, равной или большей концентрации примеси в подложке, ВФХ измеряют на легированной контролируемой дозой примеси и нелегированной частях тестовой структуры, прикладывая к тестовой структуре импульсы пилообразного напряжения со скоростью развертки 102-107 В/с и с полярностью, переводящей поверхность этой структуры из состояния инверсии (обеднения) в состояние обогащения основными носителями подложки тестовой структуры, на измеренных характеристиках фиксируют пороговые напряжения, соответствующие минимальным значениям емкости, а дозу ионного легирования находят из количества D электрически активной легирующей примеси определяемого из зависимости D

Ди Сок/q, где Ди - величина сдвига порогового напряжения на легированной и нелегированной частях тестовой структуры; Сок - удельная емкость слоя диэлектрика

этой структуры; q - заряд электрона.

На чертеже представлены неравновесные ВФХ в случае фонового предварительного легирования тестовой структуры примесью с концентрацией, близкой к кон0 центрации примеси в подложке (а) и с концентрацией, значительно большей концентрации примеси в подложке (б), где 1,3 и 2,4 - ВФХ, измеренные соответственно на нелегированных и легированных кон5 тролируемой примесью частях тестовых структур.

Пример. Способ использовали в производстве при изготовлении кристаллов схем памяти 4кс КМ 132. В качестве рабочих

0 и контрольных пластин использовались кремниевые пластины марки КДБ-80. Для наблюдения четкого минимума емкости на контрольных пластинах эти пластины предварительно легировались ионной импланта5 цией примесью, создающей электронный тип проводимости. Совместно с партией рабочих пластин контрольные пластины про- ходили операцию химобработкй. окисления под затвор до толщины окисла

0 100 А, ионного легирования фосфором дозой 0,15 мкКл/см2 и энергией 100 кэВ, при этом часть контрольной пластины закрывали экраном. Затем отдельно от рабочих пластин проводили отжиг - стабилизацию

5 тестовых структур на контрольных пластинах по режиму: Т 900°С, нагрев в инертной среде 9 мин, стабилизацию фосфором из источника РОС1з в течение 1 мин и охлаждение до комнатной температуры в инертной

0 среде в течение 5 мин. Такой режим отжига - стабилизации практически устраняет разброс заряда в окисле по пластине, хотя приводит,к увеличению толщины окисла на 20-30 А. Затем на нелегированной и легиро5 ванной контролируемой дозой частях тестовой структуры проводили измерение неравновесных импульсных ВФХ со скоростью развертки напряжения 105-106 В/с. Для смещения поверхности в состояние ин0 версии (обеднения) был использован допол- нительный источник постоянного напряжения. Напряжение смещения ВФХ на тестовых структурах находилось в пределах 2,9-3,1В.

5

Применение данного способа позволило оперативно управлять процессом ионного легирования при производстве микросхем и уверенно регистрировать дозы легирования более 0,01 мкКл/см2.

Формула изобретения Способ определения малых доз ионного легирования, включающий измерения неравновесных импульсных вольтфарадных характеристик предварительно легированной тестовой МДП-структуры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, предварительное легирование тестовой структуры осуществляют ионной им- плантацией примеси, создающей тип проводимости, противоположный типу проводимости подложки до концентрации, равной или большей концентрации примеси в подложке, вольтфарадные характеристики измеряют на легированной контролируемой дозой примеси и нелегированной частях тестовой структуры, прикладывая к тестовой структуре импульсы пилообразного напряжения со скоростью развертки 102С

107 В/с и с полярностью, переводящей поверхность этой структуры из состояния инверсии (обеднения) в состояние обогащения основными носителями подложки тестовой структуры, на измеренных характеристиках фиксируют пороговые напряжения, соответствующие минимальным значениям емкости, а дозу ионного легирования находят из количества D электрически активной ле тирующей примеси, определяемого из зависимости

D AUCoK/q

где Ли - величина сдвига порогового напряжения на легированной и нелегирован- ной частях тестовой структуры;

Сок - удельная емкость слоя диэлектрика этой структуры;

q - заряд электрона.

20

Изобретение относится к области анализа материалов с помощью электрических средств и может быть использовано в микроэлектронике в технологии ионного легированияпри изготовлении МДП-интегральных схем с многоуровневыми пороговыми напряжениями. Целью изобретения является повышение точности определения малых доз ионного легирования. Тестовые структуры предварительно легируют ионной имплантацией примеси, создающей тип проводимости, противоположный типу проводимости подложки до концентрации, равной или большей концентрации примеси в подложке. Затем на нелегированной и легированной контролируемой дозой частях тестовой структуры измеряют неравновесные импульсные вольтфарадные характеристики, прикладывая к тестовой структуре импульсы пилообразного напряжения со скоростью развертки 102-107 В/с и с полярностью, переводящей поверхность этой структуры из состояния инверсии (обеднения) в состояние поглощения основными носителями подложки тестовой структуры. На измеренных характеристиках фиксируют пороговые напряжения, соответствующие минимальным значениям емкости, а дозу ионного легирования находят из количества Д электрически активной легирующей примеси, определяемого из зависимости D AUCoK/q, где AU - величина сдвига порогового напряжения на легированной и нелигированной частях тестовой структуры; Сок - удельная емкость слоя диэлектрика этой структуры; q - заряд электрона. 1 ил. ел с

2/

У