Способ определения толщины эпитаксиального слоя кремниевых структур

Способ определения толщины эпитаксиального слоя кремниевых структур

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Способ относится к области контроля кремниевых структур, выращенных на подложках , имеющих отклонение от плоскостности . Сущность изобретения: на поверхность эпитаксиальной структуры наносят маскирующее покрытие. Вскрывают в нем окна прямоугольной формы, одна из сторон которых перпендикулярна базовому срезу, причем другая сторона имеет длину, превышающую значение W/tg «, где W - толщиназпитакси зльногослоя: а-угол разорентации. Проводят анизотропное травление через маскирующее покрытие до подложки. Удаляют маску По высоте ступени определяют толщину эпитаксиального слоя. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 0 1 1 21/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ им

ые м

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4751926/25 (22) 19.10.89 (46) 07.10.92. Бюл. ¹ 37 (71) Ленинградское объединение электронного приборостроения "Светлана" (72) Е.Г.Миттенберг, С,Е.Пашкова, В,И.Прохоров и В,Ф,Шаталов (56) 1. Патент США ¹ 4555767, кл. G 01 В 11/02, 1982.

2, Основа технологии кремниевых интегральных схем. Окисление, диффузия, эпитаксия,/Под ред. P.Бургера и P.Äoíîâàна. M.: Мир, 1969, с. 410 — 412, 3, Там же, с. 410 — 418. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ

ЭПИТАКСИАЛЬНОГО СЛОЯ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, в частности к способам определения толщины эпитаксиальных слоев, и может быть использовано при отработке режимов получения эпитаксиальных структур, выращенных на р-подложках, имеющих отклонение от плоскости (111) по направлению (112) к ближайшей плоскости (110), а также при контроле однородности этих эпитаксиальных слоев потолщине и воспроизводимости толщины слоя от процесса к процессу.

Уменьшение толщины эпитаксиальных слоев применяемых при изготовлении биполярных интегральных схем предъявляет все более высокие требования к точности ее определения, . Ы 1767582 А1 (57) Способ относится к области контроля кремниевых структур, выращенных на подложках, имеющих отклонение от плоскостности, Сущность изобретения: на поверхность эпитаксиальной структуры наносят маскирующее покрытие. Вскрывают в нем окна прямоугольной формы, одна из сторон которых перпендикулярна базовому срезу, причем другая сторона имеет длину, превышающую значение W/tg а, где W— толщина эпитаксиального слоя; а- угол разорентации. Проводят анизотропное травление через маскирующее покрытие до подложки, Удаляют маску, По высоте ступени определяют толщину эпитаксиального слоя. 2 ил.

Известен способ определения толщины эпитаксиального слоя (1), в котором исполь- а зуют интерференцию инфракрасных лучей, с

Однако этот способ непригоден для опреде1 ления толщины субмикронных слоев (менее

2 — 4 мкм).

В другом известном способе (2) определяют толщину эпитаксиал ьного слоя по раз- О© меру дефектов упаковки. Этот способ трудно применять из-за низкой плотности ростовых оефектов упаковки (осы IHQ менее

10 шт,/см ). 1..

Известен способ определения толщины эпитаксиального слоя кремниевых структур, выращенных на р-подложках, имеющих отклонение от плоскости (111) по направлению (112) к ближайшей плоскости (110) (3).

Способ включает травление эпитаксиально1767582 го слоя. Для определения толщины эпитаксиального слоя в данном способе необходи мо выбрать лишь дефекты упаковки, образовавшиеся на границе между слоем и подложкой, т.е. имеющие наибольшие по размерам фигуры травления, что достаточно сложно при обычно наблюдаемой плотности дефектов упаковки.

Визуальное наблюдение дефектов упаковки становйтся возможным только после травления выращенной пленки в соответствующем селективном травителе, имеющем достаточно высокую скорость травления, При определении толщины эпитаксиального слоя необходимо учитывать величину слоя, стравливаемого при выявлениидефектов упаковки. При выращивании эпитаксиальных слоев на разориентированных подложках выявленные дефекты упаковки представляют собой не равносторонний, а равнобедренный треугольник, что также может привести к ошибке в определении толщины эпитаксиального слоя. Таким образом, недостатком данного способа является низкая точность определения толщины эпитаксиального слоя.

Целью изобретения является повышение точности определения толщины эпитаксиального слоя.

Цель достигается тем, что по способу определения толщины эпитаксиального слоя кремниевых структур, выращенных на р-подложках, имеющих отклонение от плоскости (111) по направлению (112)к ближайшей плоскости (110), включающему травление эпитаксиального слоя, согласно изобретению на поверхности эпитаксиальной структуры создают маскирующее покрытие, в котором вскрывают окна прямоугольной формы, одна из сторон которых перпендикулярна базовому срезу, а .другая сторона имеетдлину, превышающую значение W/tga, где Ct — угол разориентации пластины; W — толщина эпитаксиального слоя, определенная по максимальной скорости роста, проводят анизотропное травление через полученную маску до появления на профиле травления плоской части параллельной поверхности эпитаксиального слоя, удаляют маску, а затем по высоте ступени между поверхностью эпитаксиального слоя и плоской частью профиля травления определяют толщину эпитаксиального слоя.

В некоторых случаях целесообразно вскрывать окно в виде полос, перпендикулярных базовому срезу структуры, причем ширина полос должна превышать значение

W/tga.

Способ основан на том, что эпитаксиальные слои выращиваются на подложках, имеющих отклонение от плоскости (111) на

4 или 8 по направлению(112) к ближайшей

5 плоскости (110). Это позволяет через маску, в которой вскрыты соответствующим образом ориентированные прямоугольные окна или полосы, проводить травление в анизотропном травителе, имеющем весьма малую

10 скорость травления в направлениях <111>, а также р -областей, При этом получают

"кристаллографический шлиф" с фиксированным углом наклона. Такой "кристаллографический шлиф" использовался для

15 исследования распределения структурных дефектов по глубине термически окисленного кремния. Для определения толщины эпитаксиального слоя необходимо, чтобы процесс травления резко замедлялся на

20 границе слой — подложка.

На фиг. 1 показан "кристаллографический шлиф" эпитаксиальной структуры; на фиг, 2 — "его теневое изображение, полученное в электронном микроскопе просвечива25 ющего типа.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В качестве подложек 1 (фиг. 1) использовали пластины кремния ЭКДБ 10, имею30 щие отклонение от плоскости (111) 4 по направлению $112/ к ближайшей плоскости (110) и базовый срез по направлению (112)

В подложках формировали и и р скрытые слои с концентрацией легирующей примеси

35 10 — 10 см . На подложках методом вос18 19 -3 становления тетрахлорида кремния водоро-дом выращивали эпитаксиальные слои 2 и-типа толщиной 1,5-2 мкм и удельным сопротивлением 1 Ом см, На поверхности эпи40 таксиальных слоев создавали либо термическим окислением (400 А), либо плазмохимическим окислением (0,4 мкм) слой двуокиси кремния 3, в котором вскрывали окна прямоугольной формы 40х60 мкм над

45 р .-областями, одна из сторон которых была перпендикулярна базовому срезу, а другая (более короткая) имела длину заведомо больше отношения толщины эпитаксиального слоя к тангенсу 4 (2 мкм/0,07 30 мкм).

50 Проводилась также фотолитография окисла по полосковому фотошаблону с шириной полос 100 мкм и расстоянием между ними 5, 10, 20 и 50 мкм, так чтобы эти полосы располагались над р скрытыми слоями под55 ложки. Затем эпитаксиальные структуры травили в смеси KOH-изопропиловый спирт (0,5 N раствор КОН 300 мл, изопропиловый спирт 200 мл, Т» = 80 С, t» = 8 — 10 мин), корость травления SION составляла 14

/мин. Скорость травления плоскости (111) 1767582

Отдельные образцы исследовались в сканирующем туннельном микроскопе. В данном случае толщина эпитаксиального слоя определялась из соответствующих и рофилограмм.

Кроме упомянутого анизотропного травителя могут быть использованы также водн ые растворы КО Н с различной концентрацией (от 50 до 350 г/л), водные растворы гидразингидрата различной концентрации и водноэтилендиаминовые растворы пирокатехина (120 г пирокатехина—

70%-ный этилендиамин до 1 л,). фцр Риг

Составитель МЛ )етрущенко

Техред М.Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор

Заказ 3553 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

4/; (Р составляла 0,1 мкм/мин. Удаляли затем окисел, образцы подготавливали для наблюдения теневых изображений, наблюдали теневое изображение в просвечивающем электронном микроскопе. По величине наибольшей ступени определяли толщину эпитаксиального слоя (фиг. 2).

Формула изобретения

Способ определения толщины эпитаксиального слоя кремниевых структур, выращенных на р-подложках, имеющих

5 отклонение от плоскости(111)по направлению (117) к ближайшей плоскости (110), включающий травление эпитаксиального слоя, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности способа, формируют

10 на эпитаксиальном слое маскирующее покрытие, в котором вскрывают окна прямоугольной формы, одна из сторон которых перпендикулярна базовому срезу, а другая имеет длину, превышающую значение

15 W/tga, где a — угол раэориентации пласти- ны, W — ориентировочная толщина эпитаксиального слоя, проводят анизотропное травление эпитаксиального слоя до появления плоской части подложки, удаляют маски20 рующее покрытие, а толщину эпитаксиального слоя определяют по высоте ступени в плоской части области травления, 3