CS248248B1 - Sposob vytvorenie testovacej štruktúry pre meranie kancentračného profilu příměsí v polovodičoch - Google Patents

Description

248248

Vynález sa týká spósobu vytvořenia tes-tovacej štruktúry pre meranie laterálnehoa híbkového koncentračného profilu im-plantovaných alebo difundovaných příměsív polovodičoch.

Znalosť koncentračného profilu implan-tovaných a difundovaných příměsí v polo-vodiči je důležitou súčasťou technologie vý-roby polovodičových súčiastok a integrova-ných obvodov. Okrem híbkového koncent-račného profilu je v radě aplikácií důležitái znalosť laterálneho koncentračného pro-filu.

Známe sú nasledujúce metódy meraniakoncentračného' profilu. Metoda meraniavrstvového odporu a Hallóvej konstanty pripostupnom zleptávaní vrstiev, napr. anodic-kou oxidáciou sa spravidla používá na dis-krétnych testovacích čipoch. Meranie kon-centračného profilu je časovo náročné. Me-toda spravidla využívá električku izoláciumeranej oblasti od substrátu pomocou pře-chodu PN. Elektrické meranie vrstvovéhoodporu sa stává nepřesné pri vzraste od-poru meranej vrstvy a zváčšení zvědovýchprúdov. Metoda merania odporu šírenia vkombinácii so šikmým výbrusom je vel'mirýchla a využitelná v širokom rozsahu kon-centrácií. Táto metoda je však relativnévelmi nepřesná, vyžaduje nutnost korekciíta častá kalibráciu meracieho hrotu.

Nevhodný přítlak hrotu a prepichovaniemeranej povrchovej vrstvičky zavádzajúčasto ďalšie nepřesnosti v určení končent-rácie příměsí v danom bode dotyku mera-cieho hrotu a plochy šikmého výbrusu. Me-toda merania závislosti kapacity ma napatívyužívá posuvu hranice depletačnej oblastipřechodu PN alebo Shottkyho diody v zá-vislosti na napatí záporné polarizovanéhopřechodu.

Použitie tejto metódy je obmedzené naoblasti, do ktorých je možno rozšíriť deple-tiačnú oblasť ešte před elektrickým priere-zom přechodu. Táto metoda nedovoluje me-ranie koncentračného profilu až k povrchupolovodiče. Metoda sa niekedy používá vspojení so zleptávaním vrstiev. Rádioaktív-ne metódy využívajú implantáciu rádioak-tívnych iónov, jádrové reakcie pri ožarova-ní 1'ahkými izotopmi, protónmi a deutrónmialebo aktivačnú analýzu, kedy vzniká izotoppříměsí pri ozařovaní neutrónmi.

Koncentračný profil sa vyhodnocuje ana-lýzou energetického rozloženia spektra ió-nov, napr. «-častíc, ktoré sa uvolňujú prirozpade rádioaktívneho prvku alebo mera-ním množstva rádioalktívnych příměsí vzleptávaných vrstvách. Rádioaktívne metódyv špeciálnych prípadoch sú velmi přesné.

Nevyužívajú sa však bežne, pretože vy-žadujú drahé přístrojové zariadenia, sú ča-sovo náročné a rizikové s ohladom na rá-dioaktívne prvky. Rádioaktívne metódy súobmedzené možnosťou přípravy rádioaktív-neho izotopu a merajú všetky atomy dané-ho izotopu bez ohl'adu na elektrickú akti- vitu. Metoda spatného rozptylu využíváožarovanie meranej oblasti monoenergetic-kými protónmi, alebo α-časticami. Rozborenergetického spektra odrazených častícdává kvantitatívnu informáciu o objemovomrozložení atómov v substráte.

Hlavné obmedzenie tejto metódy spočíváv tom, že cudzie atomy musia mať podstat-né vačšie hmotnostně číslo, než atomy sub-strátu a metoda nie je teda vhodná napr.pre detekciu bóru v kremíkovom substráte.Metoda je prístrojovo' velmi náročná a spra-covanie nameraných výsledkov je možnéiba počítačom. Metoda nerozlišuje elektric-ky aktivně příměsi. Pri meraní koncentrač-ného profilu metodou hmotovej spektro-skopie sekundárných iónov je povrch me-ranej vzorky postupné odprašovaný iónmi,časť odprášených iónov je elektricky nabitáa analyzovaná pomocou hmotového spektro-metre. Výhodou metódy je vysoká citlivost amožnost merania v širokom rozsahu kon-centrácií. Metoda používá zložité technickézariadenia a přesnost merania je závislá nazabezpečení konštantnej rýchlosti odprašo-vania vrstiev, rovinnosti odprašovania, za-chovania konštantnej ionizácie příměsí apod. Metoda leptania alebo dekorácie pre-chodov PN v kombinácii so šikmým výbru-som je bežne využívaná pre meranie hlbkypřechodu PN implantovaných alebo difun-dovaných vrstiev.

Pokial sa Implantácia alebo difúzia urobísúčasne na viacerých vzorkách s různouúrovňou základnej koncentrácie, je možnémeraním hlbky prechodov PN na jednotli-vých vzorkách určit koncentračný profil.Híblka přechodu PN v každej vzorike zod,po-věda vzdialenosti od povrchu vzorky, kdesa koncentrácia imeraného profilu rovnákoncentrácii substrátu danej vzorky. Meto-da předpokládá, že implantovaná příměs jeopačného typu vodivosti ako substrát vzo-riek. Táto metoda, ktorá využívá diskrétněvzorky, je relativné zložitá a nepřesná, vr-chol koncentračného profilu je určený lenv hraniciach koncentrácii meraných vzorieka pri nízkých koncentráciách nemusí deko-rovaný alebo leptaný přechod PN zodpove-dať metalurgickému přechodu. Alternatívnametoda zviditelnenia přechodu PN je po-užitie elektronového rastrovacieho mikro-skopu. Spoločným nedostatkom týchto me-tod je ich nevhodnost pre meranie laterál-neho koncentračného profilu.

Uvedené nevýhody v podstatnej miere od-straňuje spůsob vytvorenia testovacej štruk-túry pre meranie koncentračného profilupříměsí v polovodičoch, ktorého· podstatapodlá vynálezu spočívá v tom, že na polo-vodičový substrát sa postupné naimplantu-jú oblasti s definovanou postupnosťou kon-centrácií, ktoré sa následné žíhajú, pričomsúčin difúzneho koeficientu implantova-ných příměsí a doby žíhania je aspoň de- 248248

S saťkrát vačší, ako súčin difúzneho koefi-cientu a doby žíhania pře merané koncent-račně profily. Implantované koncentračněoblasti sú rozdielneho typu vodivosti akomeraný koncentračný profil a kryjú sa ur-čujúcou vrstvou pre meranie laterálnehokoncentračního profilu.

Hlavnou přednostou vynálezu je, že u-možňuje meranie predovšetkým laterálne-ho, ale tiež híbkového koncentračného pro-filu implantovaných alebo difundovanýchpříměsí v polovodičoch v širokom rozsahukoncentrácií, a to zvládnutými metodikamimerania prechodov PN.

Testovacia štruktúra je navrhnutá akojednočipový standard a umožňuje porovna-telné merania v různých technologickýchpodmienkach a na roznych pracoviskách.Zvlášť výhodné je meranie testovacej štruk-túry v rastrovacom elektrónovom mikro-skope metodou EBIC. Pri použití mikrosko-pu s programovatelným goniometrom jereálne vyhodnotit’ celý koncentračný profilpomocou osobného počítača v době niekofkominút s relativné vysokou presnosťou.

Rastrovací elektronový mikroskop patří vsúčastnosti k základnému vybaveniu praco-vísk pre stádium polovodičových struktura uvedené meranie koncentračného profilumetodou EBIC sa může stať štandardnýmmeraním.

Na priloženom výkrese je na obr. 1 zná-zorněná testovacia štruktúra 1 s dvorníkoncentračnými· oblasťami 2 a 3. Koncentrá-cia příměsí v oblasti 2 je menšia než kon-centrácia příměsí v oblasti 3. Určujúcavrstva je tvořená oxidovou maskou 4. Napripojenom výkrese je na obr. 2 znázorněnýlom S testovacej struktury 1, napr. na čiare 8. Implantovaný alebo difundovaný kon-centračný profil vytvára pod okrajom oxi-dovej masky 4 a pod povrchom testovacejštruktúry 1 mimo oxidová masku 4 pře-chody PN 7, 7‘ a 8, 8‘. Přechody PN 7, 7‘, resp. přechody PN 8,8‘ sa vytvoria v danej vzdialenosti od okra-je oxidovej masky 4, resp. od povrchu tes-tovacej štruktúry 1 v mieste, kde koncent-rácia implantovaných oblastí 2, 3 sa rovnákoncentrácií meraného koncentračného pro-filu s rozdielnym druhom příměsi. Meranímna čiare 9, resp. 10, 10‘ sa lokalizujá pře-chody PN 11, resp. 12 a určí sa ich vzdia-lenosť od okraja oxidovej masky 4, resp.vzdialenosť od povrchu testovacej štruktá-ry 1 meraná na lome štruktúry 5.

Lokalizáciu prechodov PN možno vyšetřo-vat metodou EBIC v rastrovacom elektró- 6 novom mikroskope. Híbkové merania pre-chodov PN možno alternativně vykonat nanezlomenej testovacej štruktúre 1 s využi-tím změny energie dopadajúcich elektrónov.S obmedzenou presnosťou je možné pře-chody PN detekovat známými rutinnými me-todami, napr. dekoráciou alebo zviditelně-ním prechodov PN leptáním. Příklad

Realizovaná experimentálna testovaciaštruktúra pre meranie koncentračného pro-filu P-typu příměsí je křemíkový čip o roz-meroch 6X6 mm. Postupnost koncentrač-ných oblastí sa vytvoří dvanástimi implan-táciami fosforu v rozsahu dávok rádu1011 cm-2 až 1015 cm-2, do křemíkovéhosubstrátu typu vodivosti N s orientáciou(100) o mernom odpore 3 fícm. Jednotlivéimplantácie sa vykonajú cez implantačnúmasku pozostávajúcu z dvoch obdížnikov orozmeroch 100 /tm X 4 mm a 200 um XX 4 mm. Pri posuve implantačnej masky o100 fím zabezpečuje vačší implantačný ob-dížnik súčet dvoch po sebe idúcich implan-tácií. Po- 40. hod žíhania pri 1 200 QC sa vy-tvoria koncentračně oblasti v rozsahu kon-centrácií rádu 1015 cm-3 až 1018 cm'3 s hus-totou delenia 6 hodnot na dekádu. V důsledku uvedeného žíhania je koncen-trácia příměsí v jednotlivých oblastíachdobré definovaná s malým gradientom dohíbky vrstvy a nemení sa pri bežnom tep-lotnom spracovaní meraných koncentrač-ných profilov. Počet koncentračných oblastína testovacej štruktúre je daný požiadav-kou hustoty meraných hodnůt v príslušnomrozsahu koncentračného profilu.

Koncentračně oblasti sa následné jíryjúoxidovou maskou, ktorá v každej koncent-račnej oblasti vytvára sústavu oxidovýchpásikov a medzier rovnakej šířky. Pre me-ranie laterálnych koncentračných profilovrůznej dlžky sa volia šířky pásikov a me-dzier v postupnosti 2 /tm až 10 /tm s kro-kom 1 /tm.

Vynález může nájsť široké uplatnenie vmikroelektronike pri vývoji a výrobě polo-vodičových súčiastok a integrovaných obvo-dov, a to pre meranie laterálneho a hlbko-vého koncentračného profilu implantova-ných alebo difundovaných příměsí. Možnosťvýroby velkého počtu týchto testovacíchštruktúr v jednom výrobnom cykle zabez-pečuje identitu ich parametrov a použities jedným ciachovacím listom.

Claims (2)

1. 248248 PREDMET

   1. Sposob vytvorenia testovacej štruktúrypře meranie koncentračného profilu přímě-sí v polovodičoch vyznačený tým, že na po-lovodičový substrát sa postupné naimplan-tujú oblasti s definovanou postupnosťoukoncentrácií, ktoré sa následné žíhajú zapodmienky, že súčin difúzneho koeficientuimplantovaných příměsí a doby žíhania jeaspoň desaťkrát váčší ako súčin difúzneho vynalezu koeficientu a doby žíhania pre meranékoncentračně profily.
2. 2. Sposob vytvorenia testovacej štruktú-ry podlá bodu 1 vyznačený tým, že implan-tované koncentračně oblasti sú rozdielnehotypu vodivosti ako meraný koncentračnýprofil a kryjú sa určujúcou vrstvou pre me-ranie laterálneho koncentračného profilu. 1 list výkresov