Способ контроля сквозных пор в окисных и нитридных пленках на кремнии Советский патент 1981 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быт использовано в микроэлектронике при производстве полупроводниковых приборов и интегргшьных схем, Известны способы крнтролй дефектов, в том числе и сквозных пор, в диэлектрических пленках на полупроводниковых и металлических подложках, основанные на воздействии электрического тока, протекающего в электрическом поле сквозь дефекты в пленке, на электролит lljl , l23 или. на фоточувствительный слой 133 W предварительно нанесенный на пленку приводящие, однако, к неконтролирувг мому загрязнению исследуемых структтур посторонними примесями в результате электроосаждения и электродиффузии, причем количество выявляемых дефектов сильно зависит от времени воздействия и величины приложенного напряжения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемсяду является способ определения сквозных пор В окнсных пленкгос на кремнии,, заключаю щийся в воздействии на кремниевую по ложку сквозь поры в пленке газообразным реагенте - хлором при атмосферном давлении н.температуре 700eooC в течение 1-2 мин с последующей оценкой пористости по следам химического взаимодействия реагента с подложкой 53. Нвдостатк(ЛЧ такого способа является нарушение исследуеьелс образцов iкремния при контроле. Используемый для травления хлор является высокотоксичным газом, требующим при работе с «им повышенных мер безопасности, Цель изобретения - удешевление {КОНТРОЛЯ сквозных пор в Ъкиснцх и нитридных пленках на кремнии, а так:же, повшиение его безопасности, Поставлёнйая цель достигается тем, что в способе сквозных пор .в окИснше и нитридных пленках на кЛ}ёмнии,заключакй|емся в воздействии на кремниевую подложку сквозь поры В плёнке газообразным реагентом с послеяукхцей оценкой пористости пленки по следам химического взаимодействия реагента с подложкой, пленки подвергают воздействию углеводорода при давлении 1, 1,3 и тем- пературе 9рО-1412®С в течение 0,52 мин, a степень пористости onpejxeпяют по нашичию включений карбида кремния г

Определение степени пористости пленок производят с помощью отражательного микроскопа (оптического или растрового электронного) по Данным подсчета включений карбида кремния, вырастающих в порах на границе раздела пленка-подложка в результате химического взаимодействия кремния с молекулами углеводорода, проникающими к подложке сквозь поры в пленке.

Предлагаемый диапазон давлений обусловлен протеканием двухконкурирующих процессов t при давлении меньшем 1 г 3 1 О f Па происходит отгаживание адсорбированных в порах газов и молекулы углеводорода получают доступ к подложке сквозь поры, что веде к увеличению скорости образования карбида кремния, которая однако существенно падает при понижении давления до 1, и ниже, поскольку уменьшается приток углеводорода к подложке.

Заявляемый диапазон температур ограничен снизу температурой начала крекинга углеводорода, а сверху температурой плавления кремния.

Время воздействия в каждом конкретном случае обусловливается, во: первых, разрешающей способностью микpocKpnta, а во-вторых, степенью пористости пленки, поскольку при времени воздействия меньшей 0,5 мин малый размер включений (менее 2 мхи) затрудняет их визуализацию, а при времени воздействия более 2 мин отдельные близлежащие включения начи- кают перекрываться, что ведет к заниженной оценке степени пористости.

Пример.Проводят контроль пористости пленок в рледукнцих структурах t пластины кремния марки КЭФ-20 с ориентацией поверхности (001) диаметром 60 мм и толщиной 5рО мкм с пленкой двуокиси кремния толщиной 0,12 мкм. .

Структуры помещают в высоковакуум ную печь, где с помощью натекателя паров гексана поддерживается давление 2,7.10 Па и на 1,0 мин подни-мают их температуру до при этом в порах на границе раздела плекка-подпожка в результате химического взаимодействия кремния с парами гексана, проникшими к подложке сквозь поры, овразутотся включения карбида кремния ди(метром мкм. Определенная с помощью метгшлографического йикроскопа ММР-2Р при 300 увеличении по данным подсчета включений карбида кремния степень пористости пленок на структурах, подвергнутых плазмохимической обра 5оЧгке, достигает 2x10 пор/см

Пример .2. Структуры, аЙ1логичные указанным в примере 1, по . той же схеме, подвергают воздействию паров гексана при давлении 2,7 н температуре в течеJ ние 1,0 мин. Диаметр образовавшихся включений карбида кремния 2 мкм. Степень пористости пленок на структурах, подвергнутых плазмохимической обработке, . достиIQ гает 2x10 пор/см, а на контрольных не превышает 7-10 пор/см.

Пример 3. Структуры, аналогичные указанным в примере 1, по той же схеме, подвергают воздействию паtt ров гексана при давлении 2,7- я температуре в течение 5,0 мин. Диаметр образовавшихся включений карбида кремния 8,4 мкм. Степень пористости пленок на структурах, подвергнутых плазмохимической обработке, составляет 8x10 пор/см, т.е. , занижена ввиду действия эффекта перекрытия отдельных включений карбида кремния, выросших в порах, расстояние между которыми не превышает 8 мкм, S на контрольных - не превышает 7 10 пор/см ,

При:мер4. Структуры, аналогичные указанным в примере 1, по той жесхеме, подвергают воздейств«по паО ров гексана при давлении 2,7 Па я температуре в течение 1,0 .мин; Включения карбида кремния не образуются. Слишком высокое давление мешает отгаживанию пор, и включения оказываются закрытыми для молекул гексана.

Пример 5, Структуры, аналогичные указанным в примере 1, по той же схеме подвергают воздействию

и поров гексана при давлении 2,7л

XIО Па и температуре. в течение 0,5 ч. Включения карбида кремния не образуются.

Предлагаемый способ {срнтроля сквозных пор в окисных и митрйдны х пленS ках на кремнии позволяет, в отличие от известных, производить количеств . венную оценку степени пористости пленок G помощью отражательного микроскопа (оптического или растрового

0 электронного), отказаться от использования при контроле высокотоксичного газа - хлора, увеличить вьисод готовой продукции за счёт использования прошедших контроль структур либо пу5 тем их непосредственного включения . в техпроцесс, если содержание пор в пленке не превышает допустимой нормы, либо путем повторного использования кремниевых подложек после снятия с

Q них дефектной пленки.

Формула изобретения

Способ контроля сквозных пор в окисных и нитридных пленках На крем5 НИИ, заключающийся в воздействии на

кремниевую подложку сквозь поры 9 пленке газообразным реагентом с последуюцей оценкой пористости пленки .по следам химического азаимодейст- : ВИЯ реагента с подложкой о т л и чающийся тем, что, с целью удешевления koнтpoля и повьшеиия его безопасности, пленки подвергают воздейства углеводорода при давлении 1,3-10 - 1,3 «10- Па и температу ре 900-1412 С в Течение 0,5-2 мин, а степень псфистости определяют по наличию включений карбида кремния.

Источннки информации; принятые во внимание при экспертизе

I. Авторское свидетельство СССР ; 451005, кл, « 01N 27/00, 1975,

2,аатеяг ОНА tf 3384556, КЛ. 204-1, опублик. 1968.

3,Авторское свидетельство СССР 324570, кл. 4 01« 27/24, 1971,

,4. Авторское свидетельство СССР V360599, Кл.в/ОШ 27/24, 1972.

5. Даниловиц B.C. и др. ИссЯедоааиие природы сквозных пор в пленках двуокиси кремния на кремнии.- ,

Микроэлектроника, 1975, ff 4,

в t вып. Т, с« 89; (прототип).