Метод декорирования шлифа

Измерение толщины тонких слоев в полупроводниковых структурах

Для измерения толщины тонких слоев полупроводника и диэлектрика используют различные методы. Наиболее применяемыми и перспективными являются неразрушающие оптические методы, основанные либо на явлении интерференции (интерференционные методы), либо на изменении состояния поляризации света (методы эллипсометрии). С ростом степени интеграции полупроводниковых интегральных схем в них используются все более и более тонкие полупроводниковые и диэлектрические слои. Поэтому рост степени интеграции требует дальнейшего развития методов измерения и ужесточает требования к ним. Так, например, в современных кремниевых КМДП интегральных схемах используются слои подзатворного диэлектрика толщиной 10 нанометров и менее, которые уже слои могут быть отнесены к наноматериалам.

В настоящем разделе рассмотрены основные методы измерения толщины полупроводниковых, диэлектрических и проводящих (металлических) слоев, используемых в технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Для контроля толщины полупроводниковых слоев в не изотиптых структурах (например, n-p или p-n) приходится использовать разрушающие методы, например метод декорирования (окрашивания) косого или шарового шлифа.

Для шлифовки используют алмазные пасты с малым размером зерна. Декорирование шлифа является результатом электрохимической реакции, и контрастность картины окрашивания зависит от потенциального рельефа на поверхности шлифа. Относительное изменение потенциала на границе слоев p- м n-типов проводимости структуры определяется уровнями их легирования. Разница в уровнях легирования для контрастного декорирования должна быть не менее порядка.

Метод косого шлифа. Этот метод, которыйпозволяет определить толщину каждого слоя в многослойных структурах.От пластины отрезают кусочек, фиксируют на шлифовальном устройстве и сошлифовывают с лицевой стороны под небольшим углом a =1° – 5°. Поверхность шлифа химически декорируют для визуализации границ слоев, и под микроскопом измеряют расстояние L от края шлифа до этой границы (рис.6.1). Толщину слоя вычисляют по формуле

d = L ×tg a. (6.1)

Метод шарового шлифа. Шаровой шлиф получают на целой пластине в одной или нескольких областях в специальном устройстве для шлифовки. Толщину слоя вычисляют по формуле

, (6.2)

где l - длина хорды; R - радиус сферической поверхности (радиус шлифовального шара).

Методы косого и шарового шлифов позволяют провести измерения толщины эпитаксиальных, диффузионных и ионнолегированных слоев толщиной до 0,3 мкм в структурах кремниевых интегральных схем.

В производственных условиях для измерения толщины эпитаксиальных слоев наиболее производителен метод шарового шлифа как. Используются шлифовальные шары различных диаметров из легированной стали.

Для различных структур (n-p, p-n, n-n⁺,p-p⁺, n-i) и материалов (Si, Ge, GaAs и др.) разработаны декорирующие травители, обес-печивающие необходимый контраст. Обработка щлифа на Si в концентрированной HF с добавлением 0.1 % HNO₃ при ярком освещении приводит к потемнению областей p-типа проводимости, n-области остаются неокрашенными. Водный раствор, содержащий 10 % HF и насыщенный СuSO₄, позволяет осадить медь на области n-типа проводимости. Для окрашивания областей n-n+ и p-p+ структур нужны более концентрированные кислотные растворы.

Дата добавления: 2014-01-07