Способ оценки качества диэлектрических пленок Советский патент 1982 года по МПК H01L21/66 

Где: вольтамперная характеристика исходного образца - 1, ВАХ образца после обработки его в щелочной водяной среде - 2а, ВАХ образца после термостабилизации - 26, ВАХ образца после обработки его в кислотной водной среде - За, ВАХ образца после терлостабилизации - 36. Сущность способа состоит в следующем. После отбора образцов с одинаковым UQ выдерживают поверхность диэлектрика в течение времени, необходимого для проникновения молекул воды в микропоры диэлектриков (вследствие капиллярного эффекта), в водном растворе (время выдерживания определяется экспериментально для каждого типа и толщины диэлектрика), после чего излишки раствора удаляют сушкой при Т 100°С в течение 1 часа, а на поверхность диэлектрика наносят каплю расплава индийгаллий и повторно снимают ВАХ. Как видно из чертежа, обработка диэлектрика в щелочной водной среде приводит к уменьшению порогового напряжения, в кислотной - к увеличению. Объясняется это тем, что толщина слоя геля, составляющего каркас гидратированной поверхности диэлектрика, варьируется в широких пределах - от единиц до сотен ангстрем в зависимости от кислотности обрабатываемого раствора. Обработка диэлектрика с высоким значением рН приводит к растравливанию вглубь микропор, главным образом потенциальных, т. е. всех структурных иаруптеннй, куда проникли молекулы воды. Растравливаться могут поры, размеры которых соизмеримы с размером молекулы воды. Средний размер большинства пор составляет 10А. Тот факт, что не увеличение количества пор, а глубина проникновения скрытых дефектов играют главную роль в изменении UQ, подтверждается тем, что после обработки значения токов утечки остаются, как правило, на прежнем уровне, а значения пороговых напряжений изменяются. Обработка диэлектрика в водном растворе с низким рН приводиг к разбуханию слоя геля и закупорке потенциальных дефектов структуры диэлектрика, что приводит к увеличению порогового напряжения. Оценку качества диэлектрика производят по отношению -:: . В идеальном Us-О, случае -:: . Это значит, что если и в случае высокого /о диэлектрик по структуре однороден и скрытые дефекты не проявляются, а в случае низкого UQ размеры дефектов настолько велики, что их не удается «залечить или имеются сквозные поры сложной конфигурации, не изменяюшие пробивного напряжения после обработки. Вторым фактором, определяющим величину отношения Us- и, JJ , является значение L. В идеальном случае t/i - UQ, что означает отсутствне таких скрытых дефектов, которые могли бы проявиться при воздействии повышенной влажности в течение длительного времени. Оценка качества диэлектрика по одному из отклонений от величины ис.ходного пробивного напряжения U, f/o U или At/2 t/2- t/o была бы неплохой, так как не давала бы динамики поведения диэлектрика при изменении условий окружающей среды. Поэтому введен критерий интегральной оценки, представляющий собой 1/2- отношение--- . Выполнение УСЛОВИЯ :-, 1 означает, что диэлектрик не изменяет свойств при изменении условии окружающей среды, например, влажности, так как в нем нет потенциальных пор. Чем строже выполняется условие, тем качественней диэлектрик, тем стабильней параметры прибора, использующего такой диэлектрик. При оценке тонкопленочного диэлектрика по этому критерию легко выбрать оптимальный режи.м его получения, например, при окислении кремния выбирают способ обработки подложки, время, температуру, окружающую среду, обеспечивающие получение диэлектрика, который лучше всего 2-С/, удовлетворяет условию -С 1. Пример. Снимались ВАХ отобранных образцов диэлектрика, выращенного па пластине кремния КЭФ 4,5 ориентации (100). Толщина слоя SiO2 получеиного термическим окислением в порах соляной кислоты, составляла 0,1-0,2 мкм. В качестве контактола применялся расплав индий-галлий с температурой плавления Г,,., 16°, который снимался после измерения ВАХ то.млоном со спиртом. Способ обеспечивает повышение достоверности и объема информации о качестве диэлектрика путем выявления потенциальных микропор, выявления возможности «самозалечивания и позволяет прогнозировать надежность диэлектрика в изготовлеи1 ых приборах. Формула изобретения Способ оценки качества диэлектрических пленок, основанный на измерении вольтамперной характеристики системы металл- лектролит - диэлектрик - полупроводников и определении пробивного напряжения путем линейной экстраполяции участка вольтамперной характеристики к оси папряжений, отличающийся тем, что, с елью повышения достоверности и объема информации о качестве диэлектрика и прогнозирования его надежности, формируют несколько образцов диэлектрика, выращенных на одной пластине, наносят жидкий металлический контактол на поверхность диэлектрика исследуемых образцов, отбирают два образца с одинаковым пробивным напряжением UQ, обрабатывают их в водных растворах с рН 9 и рН 3, повторно наносят жидкий металлический контактол, измеряют пробивные напряжения первого и второго образцов Ui и Uo и оценивают качество диэлектрика по отношению- - --

Ua

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фогель В. А. Электрохимический метод определения пористости диэлектрических пленок. «Электронная техника, сер. 2. Полупроводниковые приборы, вып. 1, 1971, с. 87-93.

2. Шейбак 3. В. и др. Метод оценки пористости диэлектрических пленок. Электронная техника, сер. 2. Полупроводниковые приборы, вып. 3, 1976, с. 95 (прототип).