Способ контроля качества диэлектри-чЕСКиХ плЕНОК Советский патент 1981 года по МПК G01N27/60 

1

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для контроля качества тонких диэлектрических пленок в интегральных схемах.

Тонкие диэлектрические пленки широко применяются в микроэлектронике в качестве изолирующих и пассивирующих покрытий, диэлектриков тонкопленочных конденсаторов, элементов МДМ и МДП - структур и других приборов.

Такие дефекты диэлектрических пленок, как загрязнения инородными веществами, микротрещины, ямки, замкнутые и сквозные поры, ухудшают электрофизические свойства пленок и приводят к катастрофическим отказам приборов, изготовленных на их основе.

Контроль качества диэлектрических пленок позволяет осуществлять способы контроля, основанные на определении характера и величины электрического тока, протекающего через исследуемую пленку.

При осуществлении таких способов к исследуемой диэлектрической пленке, нанесенной на проводящую подложку, создается контакт либо механически (зондом), либо напылением пленки металла; о качестве диэлектрической пленки судят по величине и характеру тока, протекающего через полученную МДМ н .МДП - структу

РУ

При осуществлении таких способов контроля определяется суммарная дефектность МДМ и МДП-структуры, в .которую могут вносить вклад как дефекты исследуемой диэлектрической пленки, так и дефекты металлизации или несовершенства контакта «зонд-пленка.

Необходимость нанесения металлической пленки на исследуемую диэлектрическую пленку делает способ контроля разрушающим, так как подложка с исследуемой пленкой выбывает из технологического цнкла изготовления конкретного прибора или интегральной схемы.

При изготовлении и исследовании диэлектрических пленок актуальной является задача неразрущающего контроля качества,

прямого обнаружения дефектов в диэлектрической пленке.

Р1звестен снособ обнаружения капиллярных отверстий в диэлектрической пленке , заключающийся в том, что диэлектрическую пленку наносят на проводящую подложку, на пленку накладывают перемещающийся щуп и подключают щуп и подложку через резисторы к источнику питания. К измерительному резистору подключают

фильтры ннжиих и верхних частот и измеряют величину высокочастотного и низкочастотного сигналов, проходящих через диэлектрическую пленку. Отношение указанных сигналов представляет собой нелинейность диэлектрика. О дефектности пленки судят но велнчнне низкочастотного сигнала. Возникновение высокочастотного сигнала объясняется разрядом между щупом и подложкой.

Указанный способ, принятый за прототип, позволяет выявлять дефекты, вызывающие протекание токов утечки через диэлектрическую пленку.

Однако точность оценки дефектности невелика из-за несовершеиства контакта «щуп-пленка. Скорость процесса контроля ограничена скоростью механического перемещения щупа. Кроме того, существует возможность механических повреждений пленки неремещающимся щупом.

Цель изобретения - повыщенне точности и скорости процесса контроля качества диэлектрических пленок за счет осуществления бесконтактного контроля протекающего через пленку тока.

Это достигается тем, что перед регистрацией тока диэлектрическую пленку облучают импульсным электронным лучом.

Параметры электроннолучевого воздействия выбирают, исходя из электрофизических свойств н толщины исследуемой пленки.

Для этого необходимо, чтобы глубина пробега электронов в материале пленки была много меньще толщины иленки, т. е.

.

где б - глубина пробега электро;юв; Л - толщииа пленки.

А напряженность ноля в диэлектрике, обусловлеиного накапливающимся за время действия импульса облучения зарядом, была много меньще нробивной напряженности диэлектрической пленки, т. е.

пр,

где Е - напряженность поля в диэлектрике;

пр - пробивпая иаиряженность диэлектрической иленки.

Импульсный характер электроннолучевого воздействия необходим для того, чтобы заряд, наканливающийся за время действия импульса, нейтрализовался во время паузы между импульсами за счет инжекции электронов из проводящей иодложки.

Соблюдение условия облучения б-С необходимо для того, чтобы не было «сквозного прострела иленки электронами пучка.

Соблюдение условия Е С fnp необходимо для исключения возможности электрического пробоя иленки. Напрял енность поля Е определится разностью потенциалов Д И

между иоверхностью пленки и подложкой и толщиной диэлектрика.

Точиость современных методов измерения толщины тонких пленок позволяет утверждать, что при соблюдении условий р

10

) :10 «СКВОЗНОЙ прострел и

электрический пробой иленки толщиной h будут исключены. Локальиые уменьщення толщины пленки соответственно в 10 и более раз (ямки) при этом будут идентифицированы как дефекты.

На фиг. 1 изображена схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 - зависимость дефектности нленки от толщины; на фиг. 3 - зависимость тока сквозной проводимости от толщины пленки.

Устройство содержит электронную нущку 1, питаемую от источника питания 2 через фильтр нилших 3 частот, исследуемая диэлектрически иленка 4 установлена на токопроводящей подложке 5. Сигнал, проходящий через диэлектрическую пленку 4, снимается с измерительного резистора 6, к которому подключены фильтры 7 и 8 нижних и верхних частот. Выход фильтра 7 нижних частот через регулируемый аттенюатор 9 подключен к иидикатору 10. Выход фильтра 8 верхиих частот через избирательный усилитель 11 подключеи к индикатору 12.

Прехчлагаемым способом производилось определепие зависимости дефектности пленки GeO от толщины. Пленка GeO получалась термическим иснарением в вакууме. В качестве проводящего подслоя использовалась пленка А1, напыленная на стеклянную подложку. Напыление пленок А1 и GeO производилось на установке вакуумного напыления УВН-2М-1.

Режимы напыления приведены в таблице.

Т а б л и ц а

Образец для исследования имел вид, показанный на фиг. 2. Образец помещался в вакуумиую камеру и подвергался облучению.

Источником электронов являлась электроннолучевая трубка типа 8 Л029И, питание и унравление которой осуществлялось от импульсного синхроскопа С 1-5. Экран трубки был обрезан и электронный луч направлялся на контролируемую структуру.

Расчетным путем были выбраны следующие параметры режима облучения:

ускоряющее напряжение Ууск. 1 кВ ток луча/ 5 мкА

диаметр луча в плоскости

пленкиuf 5 мм

длительность импульсаТи

частота следования импульсов / 40 Гц

При данных параметрах электроннолучевого воздействия соблюдаются условия, гарантирующие, что для бездефектной пленки отсутствует «сквозной прострел электронами пучка и исключается возможность электрического пробоя.

Применение предлагаемого изобретения позволило, регистрируя протекающий через пленку ток, определить нелинейность диэлектрика, а по величине нелинейности-ток сквозной проводимости, обусловленный проводящими дефектами и сквозными парами в диэлектрической пленке.

Зависимость тока сквозной проводимости от толщины пленки приведена на фиг. 3, кривая 1.

Для проверки объективности предлагаемого способа контроля была определена зависимость плотности сквозных пор от толщины пленки для того же образца методом отравливания подслоя.

На диэлектрическую пленку наносился травитель (3% р-р КОП), который, не разрушая диэлектрик, проникал в сквозные поры и стравливал подслой алюминия. Режим травления подбирался таким, чтобы алюминий ие растравливался под пленкой .диэлектрика и в метамической пленке образовывались отверстия, соответствующие порам в диэлектрике. После травления и промывки образцы наблюдались в микроскопе

МИМ-8М. на просвет и определялась плотность сквозных пор. Зависимость плотности сквозных пор / от толщины пленки диэлектрика показана на фиг. 3, кривая 2. Как видно, кривые эквидистантны, что говорит об объективности предлагаемого способа контроля.

Формула изобретения

Способ контроля качества диэлектрических пленок, нанесенных на проводящие подложки, включающий регистрацию протекающего через пленку тока и определение нелинейности диэлектрической пленки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и скорости процесса контроля, перед регистрацией тока пленку облучают импульсным электронным лучом, параметры которого удовлетворяют условиям

.

где б - глубина пробега электронов в материале пленки; h - толщина пленки и

пр,

где Е - напряженность поля в диэлектрике, обусловленного накапливающимся за время облучения зарядом;пр - пробивная напряженность пленки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США jY 3967196, кл. 324-54, 1976.

2.Патент Японии №51-41074, кл. 112Н02, 1976 (прототип).

/

Шаг./

ш10 7ю0,5

ВеС

Al

о.

s

,-х

/,5 Kff

/ Фиг.д