CS248248B1 - A method of creating a test structure to measure the impurity profile of impurities in semiconductors - Google Patents
A method of creating a test structure to measure the impurity profile of impurities in semiconductors Download PDFInfo
- Publication number
- CS248248B1 CS248248B1 CS751085A CS751085A CS248248B1 CS 248248 B1 CS248248 B1 CS 248248B1 CS 751085 A CS751085 A CS 751085A CS 751085 A CS751085 A CS 751085A CS 248248 B1 CS248248 B1 CS 248248B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- concentration
- test structure
- measuring
- concentration profile
- impurities
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
Na polovodičovom substráte sa vytvoří implantáciou a následným žíháním postupnost koncentračných oblastí, ktoré sa kryjú určujúcou vrstvou pre meranie laterálneho koncentračného profilu. SpQsob vytvorenia testovacej štruktúry može nájst široké uplatnenie v mikroelektronike pri vývoji a výrobě polovodičových súčiastok a integrovaných obvodov, a to pře meranie laterálneho a híbkového koncentračného profilu implantovaných alebo difundovaných příměsí.A sequence of concentration regions is created on a semiconductor substrate by implantation and subsequent annealing, which are covered by a determining layer for measuring the lateral concentration profile. The method of creating a test structure can find wide application in microelectronics in the development and production of semiconductor components and integrated circuits, namely by measuring the lateral and depth concentration profile of implanted or diffused impurities.
Description
Vynález sa týká sposobu vytvořenia testovacej štruktúry pre meranie laterálneho a híbkového koncentračného profilu implantovaných alebo difundovaných příměsí v polovodičoch.The invention relates to a method of forming a test structure for measuring the lateral and depth concentration profile of implanted or diffused impurities in semiconductors.
Znalost koncentračného profilu implantovaných a difundovaných příměsí v polovodiči je důležitou súčasťou technologie výroby polovodičových súčiastok a integrovaných obvodov. Okrem híbkového koncentračného profilu je v radě aplikácii důležitá i znalost' laterálneho koncentračného profilu.The knowledge of the concentration profile of implanted and diffused impurities in a semiconductor is an important part of the technology of manufacturing semiconductor components and integrated circuits. In addition to the mushroom concentration profile, knowledge of the lateral concentration profile is important in many applications.
Známe sú nasledujúce metódy merania koncentračného' profilu. Metoda merania vrstvového odporu a Hallóvej konstanty pri postupnom zleptávaní vrstiev, napr. anodickou oxidáciou sa spravidla používá na diskrétnych testovacích čipoch. Meranie koncentračného profilu je časovo- náročné. Metoda spravidla využívá električku izoláciu meranej oblasti od substrátu pomocou přechodu PN. Elektrické meranie vrstvového odporu sa stává nepřesné pri vzraste odporu meranej vrstvy a zváčšení zvodových prúdov. Metoda merania odporu šírenia v kombinácii so šikmým výbrusom je velmi rýchla a využitelná v širokom rozsahu koncentrácií. Táto metoda je však relativné velmi nepřesná, vyžaduje nutnost korekcií a častú kalibráciu meracieho hrotu.The following methods of measuring the concentration profile are known. The method of measuring the layer resistance and the Hall constant as the layers are etched, e.g. anodic oxidation is generally used on discrete test chips. Measuring the concentration profile is time-consuming. The method usually uses a tram to isolate the measured area from the substrate by means of a PN junction. The electrical measurement of the film resistance becomes inaccurate when the resistance of the measured layer increases and the leakage currents increase. The method of measuring the propagation resistance in combination with a slanted cut is very fast and applicable over a wide range of concentrations. However, this method is relatively very inaccurate, requiring corrections and frequent calibration of the measuring tip.
Nevhodný přítlak hrotu a prepichovanie meranej povrchovej vrstvičky zavádzajú často ďalšie nepřesnosti v určení končentrácie příměsí v danom bode dotyku meracieho hrotu a plochy šikmého výbrusu. Metoda merania závislosti kapacity na napatí využívá posuvu hranice depletačnej oblasti přechodu PN alebo Shottkyho diody v závislosti na napatí záporné polarizovaného přechodu.Inadequate tip pressure and puncture of the surface layer to be measured often introduce further inaccuracies in determining the concentration of impurities at a given point of contact of the measuring tip and the surface of the slope. The voltage-to-voltage capacitance measurement method uses a shift of the depletion region boundary of the PN junction or Shottky diode as a function of the negative polarized junction voltage.
Použitie tejto metódy je obmedzené na oblasti, do ktorých je možno rozšířit depletačnú oblast ešte před elektrickým prierezom přechodu. Táto metoda nedovoluje meranie koncentračného profilu až k povrchu polovodiča. Metoda sa niekedy používá v spojení so zleptávaním vrstiev. Rádioaktívne metódy využívajú implantáciu rádioaktívnych iónov, jádrové reakcie pri ožarovaní 1'ahkými izotopmi, protónmi a deutrónmi alebo aktivačnú analýzu, kedy vzniká izotop příměsí pri ozařovaní neutrónmi.The use of this method is limited to areas to which the depletion area can be extended before the electrical cross-section of the transition. This method does not allow the concentration profile to be measured up to the semiconductor surface. The method is sometimes used in conjunction with etching of layers. Radioactive methods utilize implantation of radioactive ions, nuclear reactions by irradiation with 1 'light isotopes, protons and deutrons, or activation analysis, which produces an isotope of impurities under neutron irradiation.
Koncentračný profil sa vyhodnocuje analýzou energetického rozloženia spektra iónov, napr. «-častíc, ktoré sa uvolňujú pri rozpade rádioaktívneho prvku alebo meraním množstva rádioalktívnych příměsí v zleptávaných vrstvách. Rádioaktívne metódy v špeciálnych prípadoch sú velmi přesné.The concentration profile is evaluated by analyzing the energy distribution of the ion spectrum, e.g. - particles that are released when the radioactive element breaks down or by measuring the amount of radioactive additive in the etched layers. Radioactive methods in special cases are very accurate.
Nevyužívajú sa však bežne, pretože vyžadují! drahé přístrojové zariadenia, sú časovo náročné a rizikové s ohladom na rádioaktívne prvky. Rádioaktívne metódy sú obmedzené možnosťou přípravy rádioaktívneho izotopu a merajú všetky atomy daného izotopu bez ohl'adu na električku aktivitu. Metoda spatného rozptylu využívá ožarovanie meranej oblasti monoenergetickými protónmi, alebo α-časticami. Rozbor energetického spektra odrazených častíc dává kvantitatívnu informáciu o objemovom rozložení atómov v substráte.However, they are not commonly used because they require! expensive instruments are time consuming and risky with respect to radioactive elements. Radioactive methods are limited by the possibility of preparing a radioactive isotope and measure all atoms of a given isotope regardless of the tramway activity. The backscatter method uses irradiation of the measured area with monoenergetic protons or α-particles. Analysis of the energy spectrum of the reflected particles gives quantitative information about the volume distribution of atoms in the substrate.
Hlavné obmedzenie tejto metódy spočívá v tom, že cudzie atomy musia mať podstatné vačšie hmotnostně číslo, než atomy substrátu a metoda nie je teda vhodná napr. pre detekciu bóru v kremíkovom substráte. Metoda je prístrojovo- velmi náročná a spracovanie nameraných výsledkov je možné iba počítačom. Metoda nerozlišuje elektricky aktivně příměsi. Pri meraní koncentračného profilu metodou hmotovej spektroskopie sekundárných iónov je povrch meranej vzorky postupné odprašovaný iónmi, časť odprášených iónov je elektricky nabitá a analyzovaná pomocou hmotového spektrometre.The main limitation of this method is that the foreign atoms must have a substantial greater mass number than the atoms of the substrate and the method is therefore not suitable e.g. for the detection of boron in a silicon substrate. The method is very demanding in terms of apparatus and processing of the measured results is possible only by computer. The method does not distinguish electrically active ingredients. When measuring the concentration profile by the secondary ion mass spectroscopy method, the surface of the sample to be measured is sequentially dusted with ions, a part of the dusted ions is electrically charged and analyzed using a mass spectrometer.
Výhodou metódy je vysoká citlivost a možnost merania v širokom rozsahu koncentrácií. Metoda používá zložité technické zariadenia a presnosť merania je závislá na zabezpečení konštantnej rýchlosti odprašovania vrstiev, rovinnosti odprašovania, zachovania konštantnej ionizácie příměsí a pod. Metoda leptania alebo dekorácie prechodov PN v kombinácii so šikmým výbrusom je bežne využívaná pre meranie hlbky přechodu PN implantovaných alebo difundovaných vrstiev.The advantage of the method is its high sensitivity and the possibility of measurement over a wide range of concentrations. The method uses complex technical equipment and the accuracy of measurement is dependent on ensuring a constant rate of de-dusting of layers, flatness of de-dusting, maintaining a constant ionization of impurities, etc. The method of etching or decoration of PN junction in combination with a slanted cut is commonly used to measure the PN junction depth of implanted or diffused layers.
Pokial' sa implantácia alebo difúzia urobí súčasne na viacerých vzorkách s různou úrovňou základnej koncentrácie, je možné meraním hlbky prechodov PN na jednotlivých vzorkách určit koncentračný profil. Hlbíka přechodu PN v každej vzorike zod,povedá vzdialenosti od povrchu vzorky, kde sa koncentrácia imeraného profilu rovná koncentrácii substrátu danej vzorky. Metoda předpokládá, že implantovaná příměs je opačného typu vodivosti ako substrát vzoriek. Táto metoda, ktorá využívá diskrétně vzorky, je relativné zložitá a nepřesná, vrchol koncentračného profilu je určený len v hraniciach koncentrácii meraných vzoriek a pri nízkých koncentráciách nemusí dekorovaný alebo leptaný přechod PN zodpovědět metalurgickému přechodu. Alternatívna metoda zviditelnenia přechodu PN je použitie elektronového rastrovacieho mikroskopu. Spoločným nedostatkom týchto metod je ich nevhodnost pre meranie laterálneho koncentračného profilu.If implantation or diffusion is performed simultaneously on multiple samples with different levels of baseline concentration, it is possible to determine the concentration profile by measuring the depth of PN transitions on each sample. The PN transition depth in each sample from the bottom indicates the distance from the sample surface where the concentration of the measured profile is equal to the substrate concentration of the sample. The method assumes that the implanted impurity is of the opposite conductivity type to the sample substrate. This method, which uses discrete samples, is relatively complex and inaccurate, the peak concentration profile is determined only at the concentration limits of the measured samples, and at low concentrations the decorated or etched PN junction may not match the metallurgical junction. An alternative method of visualizing the PN junction is to use an electron scanning microscope. A common drawback of these methods is their unsuitability for measuring the lateral concentration profile.
Uvedené nevýhody v podstatnej miere odstraňuje sposob vytvorenia testovacej štruktúry pre meranie koncentračného profilu příměsí v polovodičoch, ktorého' podstata podfa vynálezu spočívá v tom, že na polovodičový substrát sa postupné naimplantujú oblasti s definovanou postupnosťou koncentrácií, ktoré sa následné žíhajú, pričom súčin difúzneho koeficientu implantovaných příměsí a doby žíhania je aspoň de248248The above-mentioned disadvantages are substantially eliminated by the method of forming a test structure for measuring the concentration profile of impurities in semiconductors, which is based on the step of implanting regions of defined concentration sequences which are subsequently annealed onto the semiconductor substrate, the product of the diffusion coefficient implanted the impurities and annealing time is at least de248248
S saťkrát vačší, ako súčin difúzneho koeficientu a doby žíhania pre merané koncentračně profily. Implantované koncentračně oblasti sú rozdielneho typu vodivosti ako meraný koncentračný profil a kryjú sa určujúcou vrstvou pre meranie laterálneho koncentračného profilu.S is greater than the product of the diffusion coefficient and the annealing time for the measured concentration profiles. The implanted concentration regions are of a different conductivity type than the measured concentration profile and are covered with a determining layer for measuring the lateral concentration profile.
Hlavnou prednosťou vynálezu je, že umožňuje meranie predovšetkým laterálneho, ale tiež híbkového koncentračného profilu implantovaných alebo difundovaných příměsí v polovodičoch v širokom rozsahu koncentrácii, a to zvládnutými metodikami merania prechodov PN.The main advantage of the invention is that it allows the measurement of mainly the lateral but also the depth concentration profile of implanted or diffused impurities in semiconductors over a wide concentration range, by means of mastered PN junction measurement methods.
Testovacia štruktúra je navrhnutá ako jednočipový standard a umožňuje porovnatelné merania v roznych technologických podmienkach a na roznych pracoviskách. Zvlášť výhodné je meranie testovacej štruktúry v rastrovacom elektrónovom mikroskope metódou EBIC. Pri použití mikroskopu s programovatelným goniometrom je reálne vyhodnotit’ celý koncentračný profil pomocou osobného počítača v době niekofko minút s relativné vysokou presnosťou.The test structure is designed as a single-chip standard and allows comparable measurements in different technological conditions and at various workplaces. Particularly preferred is the measurement of the test structure in a scanning electron microscope by the EBIC method. Using a microscope with a programmable goniometer, it is realistic to evaluate the entire concentration profile using a personal computer in a matter of minutes with relatively high accuracy.
Rastrovací elektronový mikroskop patří v súčastnosti k základnému vybaveniu pracovísk pre štúdium polovodičových štruktúr a uvedené meranie koncentračného profilu metódou EBIC sa může stať štandardným meraním.The scanning electron microscope is currently one of the basic equipment of workplaces for the study of semiconductor structures and the measurement of the concentration profile by the EBIC method can become a standard measurement.
Na priloženom výkrese je na obr. 1 znázorněná testovacia štruktúra 1 s dvorní koncentračnými· oblasťami 2 a 3. Koncentrácia příměsí v oblasti 2 je menšia než koncentrácia příměsí v oblasti 3. Určujúca vrstva je tvořená oxidovou maskou 4. Na pripojenom výkrese je na obr. 2 znázorněný lom S testovacej štruktúry 1, napr. na čiare 6. Implantovaný alebo difundovaný koncentračný profil vytvára pod okrajom oxidovej masky 4 a pod povrchom testovacej štruktúry 1 mimo oxidovú masku 4 přechody PN 7, 7‘ a 8, 8‘.In the accompanying drawing, FIG. 1 shows the test structure 1 with the yard concentration areas 2 and 3. The concentration of the impurities in the area 2 is less than the concentration of the impurities in the area 3. The determining layer is formed by an oxide mask 4. FIG. 2 shows the fracture S of the test structure 1, e.g. The implanted or diffused concentration profile forms beneath the edge of the oxide mask 4 and below the surface of the test structure 1 outside the oxide mask 4 the PN 7, 7 ‘and 8, 8 přech transitions.
Přechody PN 7, 7‘, resp. přechody PN 8, 8‘ sa vytvoria v danej vzdialenosti od okraje oxidovej masky 4, resp. od povrchu testovacej štruktúry 1 v mieste, kde koncentrácia implantovaných oblastí 2, 3 sa rovná koncentrácii meraného koncentračného profilu s rozdielnym druhom příměsi. Meraním na čiare 9, resp. 10, 10‘ sa lokalizujú přechody PN 11, resp. 12 a určí sa ich vzdialenosť od okraja oxidovej masky 4, resp. vzdialenosť od povrchu testovacej štruktúry 1 meraná na lome štruktúry 5.PN 7, 7 ‘, resp. PN 8, 8 transitions are formed at a given distance from the edge of the oxide mask 4, respectively. from the surface of the test structure 1 at a location where the concentration of the implanted areas 2, 3 equals the concentration of the measured concentration profile with a different kind of dopant. By measuring on line 9, respectively. 10, 10 ‘the PN 11 and / or PN 11 crossings are located. 12 and determine their distance from the edge of the oxide mask 4, respectively. the distance from the surface of the test structure 1 measured at the fracture of the structure 5.
Lokalizáciu prechodov PN možno vyšetřovat metódou EBIC v rastrovacom elektró6 novom mikroskope. Híbkové merania prechodov PN možno alternativně vykonat na nezlomenej testovacej štruktúre 1 s využitím změny energie dopadajúcich elektrónov. S obmedzenou presnosťou je možné přechody PN detekovat známými rutinnými metodami, napr. dekoráciou alebo zviditelněním prechodov PN leptáním.The localization of PN junction can be investigated by EBIC in the scanning electron 6 of a new microscope. Depth measurements of PN jumps may alternatively be performed on the unbroken test structure 1 using the energy change of the incident electrons. With limited accuracy, PN transitions can be detected by known routine methods, e.g. decoration or visibility of PN etching crossings.
PříkladExample
Realizovaná experimentálna testovacia štruktúra pre meranie koncentračného profilu P-typu příměsí je křemíkový čip o rozmeroch 6X6 mm. Postupnost koncentračných oblastí sa vytvoří dvanástimi implantáciami fosforu v rozsahu dávok rádu 1011 cm-2 až 1015 cm-2, do křemíkového substrátu typu vodivosti N s orientáciou (100) o mernom odpore 3 fíem. Jednotlivé implantácie sa vykonajú cez implantačnú masku pozostávajúcu z dvoch obdížnikov o rozmeroch 100 /un X 4 mm a 200 um X X 4 mm. Pri posuve implantačnej masky o 100 fím zabezpečuje vačší implantačný obdížnik súčet dvoch po sebe idúcich implantácií. Po 40. hod žíhania pri 1 200 QC sa vytvoria koncentračně oblasti v rozsahu koncentrácií rádu 1015 cm-3 až 1018 cm'3 s hustotou delenia 6 hodnot na dekádu.The experimental test structure for measuring the concentration profile of the P-type admixture is a 6X6 mm silicon chip. The succession of the concentration regions is generated by twelve phosphorus implants over a dose range of the order of 10 11 cm -2 to 10 15 cm -2 , into a silicon substrate of conductivity type N with an orientation (100) having a resistance of 3 µm. Individual implants are performed through an implant mask consisting of two rectangles of 100 / un X 4 mm and 200 µm XX 4 mm. As the implant mask moves by 100 µm, the larger implant rectangle provides the sum of two consecutive implants. After 40 hours annealing at 1200 Q C are formed in a concentration in the range of concentrations of the order of 10 15 cm -3 to 10 18 cm "3 of density separation 6 values per decade.
V dósledku uvedeného žíhania je koncentrácia příměsí v jednotlivých oblastíach dobré definovaná s malým gradientom do híbky vrstvy a nemení sa pri bežnom teplotnom spracovaní meraných koncentračných profilov. Počet koncentračných oblastí na testovacej štruktúre je daný požiadavkou hustoty meraných hodnot v príslušnom rozsahu koncentračného profilu.As a result of said annealing, the concentration of impurities in the individual regions is well defined with a small gradient to the layer depth and does not change under normal temperature treatment of the measured concentration profiles. The number of concentration areas on the test structure is determined by the density requirement of the measured values over the appropriate concentration profile range.
Koncentračně oblasti sa následné jíryjú oxidovou maskou, ktorá v každej koncentračnej oblasti vytvára sústavu oxidových pásikov a medzier rovnakej šířky. Pre meranie laterálnych koncentračných profilov róznej dlžky sa vofia šířky pásikov a medzier v postupnosti 2 /tm až 10 /tm s krokom 1 pm.Concentration regions are subsequently coated with an oxide mask, which in each concentration region forms an array of oxide strips and gaps of equal width. To measure lateral concentration profiles of different lengths, the widths of the strips and the gaps are varied in a sequence of 2 µm to 10 µm in steps of 1 µm.
Vynález móže nájsť široké uplatnenie v mikroelektronike pri vývoji a výrobě polovodičových súčiastok a integrovaných obvodov, a to pre meranie laterálneho a híbkového koncentračného profilu implantovaných alebo difundovaných příměsí. Možnosť výroby velkého počtu týchto testovacích štruktúr v jednom výrobnom cykle zabezpečuje identitu ich parametrov a použitie s jedným ciachovacím listom.The invention can find wide application in microelectronics in the development and manufacture of semiconductor devices and integrated circuits for measuring lateral and depth concentration profiles of implanted or diffused impurities. The possibility of producing a large number of these test structures in a single production cycle ensures the identity of their parameters and their use with a single calibration sheet.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS751085A CS248248B1 (en) | 1985-10-21 | 1985-10-21 | A method of creating a test structure to measure the impurity profile of impurities in semiconductors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS751085A CS248248B1 (en) | 1985-10-21 | 1985-10-21 | A method of creating a test structure to measure the impurity profile of impurities in semiconductors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS248248B1 true CS248248B1 (en) | 1987-02-12 |
Family
ID=5424373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS751085A CS248248B1 (en) | 1985-10-21 | 1985-10-21 | A method of creating a test structure to measure the impurity profile of impurities in semiconductors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS248248B1 (en) |
-
1985
- 1985-10-21 CS CS751085A patent/CS248248B1/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Baron et al. | Electrical behavior of group III and V implanted dopants in silicon | |
| Reggiani et al. | Electron and hole mobility in silicon at large operating temperatures. I. Bulk mobility | |
| EP2102685B1 (en) | Method and apparatus for tissue equivalent solid state microdosimetry | |
| Fleta et al. | 3D cylindrical silicon microdosimeters: fabrication, simulation and charge collection study | |
| Villarreal et al. | Characterization of thin LGAD sensors designed for beam monitoring in proton therapy | |
| Rivera et al. | Study of impact ionization coefficients in silicon with low gain avalanche diodes | |
| McNulty et al. | Determination of SEU parameters of NMOS and CMOS SRAMs | |
| Bachiller-Perea et al. | Characterization of the charge collection efficiency in silicon 3-D-detectors for microdosimetry | |
| US4906921A (en) | Structure and process for testing integrated circuits permitting determination of the properties of layers | |
| Boudreault et al. | Accurate RBS measurement of ion implant doses in silicon | |
| JP3223869B2 (en) | Determination method of impurity concentration | |
| JPH0923020A (en) | Semiconductor particle detector and manufacturing method thereof | |
| US6465857B1 (en) | Semiconductor particle detector and a method for its manufacture | |
| CS248248B1 (en) | A method of creating a test structure to measure the impurity profile of impurities in semiconductors | |
| Zucca et al. | Process evaluation test structures and measurement techniques for a planar GaAs digital IC technology | |
| US6313480B1 (en) | Structure and method for evaluating an integrated electronic device | |
| EP0100396B1 (en) | Determination of true electrical channel length of surface fet | |
| Gove et al. | Applications of AMS to electronic and silver halide imaging research | |
| Eichinger | Characterization and analysis of detector materials and processes | |
| Gaggl et al. | TCAD modeling of radiation induced defects in 4H-SiC diodes and LGADs | |
| US3976377A (en) | Method of obtaining the distribution profile of electrically active ions implanted in a semiconductor | |
| Bialkowski | Silicon Detectors | |
| McWhinney et al. | Diffusion of lithium-6 isotopes in lithium aluminate ceramics using neutron depth profiling | |
| Setälä | Alpha particle silicon detectors based on induced junction | |
| JP2001004564A (en) | Method for determination of trace amount of boron in thin film solid, method for analyzing thin film solid composition |