Способ выявления слоев эпитаксиальных структур кремния Советский патент 1993 года по МПК H01L21/66 

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

Цель изобретения - выявление слоев в многослойных элитаксиальных структурах кремния с двойным буферным слоем.

Стравливание п+пр-слоев со структуры в месте присоединения контакта от источника тока обеспечивает надежный невыпрямляющий контакт к низкоомному буферному -слою, а также приводит к тому, что г п-часть структуры во время подачи напряжения на электролитическую ячейку принимает отрицательный потенциал вследствие хороших изолирующих свойств р-п-перехо- да и высокой электропроводности раствора - электролита.

На стадии выдерживонил 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 ppj-pf 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 плавиковой кислоты в электролите. Степень электрического окисления различных слоев при подСО

с

00

ю XI о чэ

4ь.

аче на них одинакового положительного потенциала зависели от уровня их легирования и типа проводимости. Окисление происходит сильнее на кремний n-типа проводимости и возрастает с увеличением уровня легирования. Соответственно на кремнии р-типа степень окисления меньше, чем n-типа и уменьшается с увеличением уровня легирования.

При появлении шарового шлифа подача положительного потенциала (0,5 - 5,0) на Р р-область приводит к интенсивному окислению и соответственно окрашиванию р-слоя структуры, а также в меньшей степени переходной границы отр-к pV слою и самого , при этом -слой останется неокрашенным вследствие слабого окисления, а подложечная часть р-- окрашивается также как и р-слой.

Поскольку пчп область структуры изолирована p-n-переходом от рр р р- области, приложенный к п+п области положительный потенциал относительно катода оказывается более низким по сравнению с потенциалом р - области. Это приводит к тому, что во время проявления шлифа п-об- ласть структуры не изменяет окраску, а п+ область окраску цвета изменяет вследствие более легкой окисляемое™.

Таким образом после проявления шлифа окрашенными являются , р, pV р- слои. Неокрашенными остаются п-, р4 - слои. Соседствующие р и pjp -слои имеют различную окраску и могут быть измерены раздельно.

Время выдержки структуры в растворе без подачи напряжения, равное 1 - 3 с, берется минимальным, поскольку естественный окисел, толш,ипа которого не более 50 А 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 изображения 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 концет рации Н F в электролите 10%

определяется тем, что при меньшем содержании H F 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 окисление р и р слоев, не позволяющее их выявлять раздельно.

Пример 1. Берут структуру кремния типа р- с шаровым шлифом. На небольшом участке ее (сегменте с высотой 3 - 5 мм) в травителе Сиртла стравливаются активные слои до р -буферного слоя. Про5 водником 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%

0 HF+85% НаО и устанавливают параллельно отрицательному электроду, представляющему собой медную пластину размером с эпитаксиальную структуру. Расстояние между структурой и медной пластиной 1 - 2

5 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 мик0 роскопом видны четко проявленными все слои структуры.

Аналогично было проведено выявление слоев в примерах 2-8, при других значениях параметров, указанных в формуле изо5 бретения и за ее пределами.

Использование предлагаемого способа выявления слоев в эпитаксиальных структурах позволит выявлять все слои в многослойных структурах с двойным буферным

0 слоем и обеспечит более четкое их выявление, чем в прототипе.

Формула изобретения Способ выявления слоев эпитаксиальных структур кремния, включающий изго5 товление шарового шлифа на пластине, электрохимическое окисление шлифа в растворе плавиковой кислоты, отличающи- й с я тем, что, с целью выявления слоев в многослойной структуре п+прр р- с

0 двойным буферным слоем, производят локальное стравливание эпитаксиальных слоев до буферного -слоя в месте присоединения электрода, предназначенного для подачи положительного потенциа5 ла, выдерживают пластину с шаровым шлифом в растворе плавиковой кислоты с концентрацией 10 - 20% 1 -3 с без подачи электрического напряжения, а затем подают на пластину положительный потенциал 0,5 - 5,0 В в течение 10 - 40 с.

Сущность изобретения: локэльнозлект- ролитически 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.