Способ измерения глубины слоев монокристаллического полупроводника

Способ измерения глубины слоев монокристаллического полупроводника

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Со@иалис,тицесяих

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20.12.74. (21) 2085871/25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.07.76. Бюллетень № 27 (45) Дата опубликования описания 30.11.76 (51) М. Кл.

С-01 Н 27/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР па делам изооретений и отнрытий (53) УДК 621.382 (088.8) (72) Авторы изобретения

Т. И. Вишнева, А. И. Бутурлин, Ю. Д. Чистяков, В. Я. Кремлев и 1 . Ж. Ержанов (71) Заявитель

Московский инститчт электроннОЙ техники (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕИИ . УЛУВИ11Ы СЛОЕВ

МОИОКРИСГАЛЛИЧЕСКОГО ПОЛУПРОВОДИИКА

Изобретение относится к области производства полупровод1иковых приборов и интегральных схем, .в частности, к способам измерения глубины слоев монокристаллического полупроводника.

Известен способ измерения глубины слоев монокристаллического полупроводника, разделенных р- и. переходами, включающий изготовление плоскости, наклоне1п1ой к рабочей поверхНосТН o6p23IIR 11олуп1зоводника. Однако зEOT способ включает операцию изготовления наклоненной плоскости механической шлифовки образца, который в результате измерения глубины полупроводниковых слоев разрушается. Шлифовка является трудоемкой оператп1ей (при ручной шлифовке) или требует наличия соответствующего механического оборудования., Цель изобретения — исключение механического разрушения образца полупроводника и обеспечение возможности измерения глубины локальных слоев полупроводника.

Достигается это тем, что наклоненную плоскость изготавливают рельефным анизотропным травлением монокристаллического полупроводника вдоль кристаллографической плоскости 111).

H фиг. 1 пан образец монокристаллического полупроводника, име1Огций слои Р и и типа прово»и мости, разделенныс р - т1 переходами, кристаллографичсская плоскость (111) которого наклонена к рабочей поверхности образца на малый угол -, требуемый для обеспечения после; ующсй визуализации положения р тт пере10 ходов на наклоненной плоскости; на фиг. 2— то же, после изготовлеки наклоненной плоскос1и путем рельефного анизотропного травления монокристаллического полупроводника вдоль кристаллографической плоскости (111), !

5 составляющей требуемый угол с рабочей поверхностью образца.

Способ заключается в том. что образец монокристаллического полупроводника, например кремния (см. фиг. 1), имеет слои 1. 2 разного .10 типа проводимости, изготовленные посредством эпитаксии или,циффузии и ограниченные переходами 3. 4. Плоская рабочая поверхность 5 образца составляет с кристаллографической плоскостью (111) 6 мальгй порядка 2 — 11 угол с . ° хь Рабочая поверхность 5 и кристаллографическая

522462 плоскость (111) 6 пересекаются по линии пересечения 7; величина угла "- берется такой, чтобы обеспе п валась визуализация p — тз, переходов на наклоненной плоскости изготовляемой позднее и лежащей в кристаллографической плоскости (111) 6, т.е. чем тоньше слои полупроводника 1, 2, тем более малой выбирают величину угла "-

На рабочую поверхность образца (см. фиг. 2) наносят маскирующий слой 8 стойкого к воздействию анизотропного травителя материала, например, двуокиси кремния или нитрида кремния, в котором способами фотолитографии изго. тавливают окно, край которогс располагают на линии пересечения 7 рабочей поверхности образца с кристаллографической плоскостью (111).

Край окна может быть прямолинейным, что требует его ориентации полинии 7, многоугольным или округлым, что не требует ориентации окна, так как в последних двух случаях всегда найдется сторона многоугольника или часть дуги, ориентированная почти параллельно линии 7 пересечения рабочей поверхности образца с кристаллографической плоскостью (111) .

Затем рабочую поверхность образца (часть

ee„не защищенную маскирующим слоем 8) подвергают рельефному анизотропному травлению вдоль кристаллографической плоскости (111) составляющей угол с - (2 — 11о) с рабочей поверхностью образца, погружая образец в жидкий. анизотропный травитель.

Лнизотропные травители практически не растворяют материал монокристаллического полупроводника в направлениях, перпендикулярных кристаллографическим плоскостям (111), и быстро растворяют материал полупроводника в других направлениях; составы анизотропных травителей для различных монокристаллических полупроводников (кремния, германия, арсенида галлия) известны. тз г1апример, для кремния анизотропные травители могут иметь следующий состав:

20 -ный весовой водный раствор гидроокиси калия (применяется при температуре кипения); гидразин-гидрат(NzН4 нф) применяется при температуре кипения или близкой к ней)

3 раствор, содержащий 35,1% моль этилендиамина (М Н -(СН ) - NQ) 3,7% моль пирокатехина (С< H<(QH)<) и 61,2% моль воды, (применяется при температуре 100-110 С), В результате рельефного анизотропного травления образца получают наклоненную плоскость

9, составляющую угол с с рабочей поверхностью образца и лежащую в кристаллографической плоскости (111) 6.

Подтравливание под край окна в маскирующем слое, расположенном по линии пересечения рабочей поверхности образца с кристаллографической плоскостью (111), отсутствует. На наклоненную плоскость выходят полупроводниковые слои и разделяющие их р - тт переходы; их линейные размеры (глубины) выглядят на наклоненной плоскости увеличенными в масштабе, определяемом величиной угла d- .

Промывают образец, например ь воде, азотной кислоте и снова в воде. Затем для визуализации положения р-тт переходов на наклоненной плоскости ее обрабатывают в окрашивающих травителях, составы которых известны. Например, для кремния это слабый раствор CENO>)

1г с небольшой добавкой НГ, или раствор, содержащий 100 r HF и 0,1 — 0,5 rHNO>, оба раствора применяют при сильном освещении окрашиваемой поверхности; при обработке поверхности в первом растворе медь осаждается на кремнии тт -типа и не осаждает на кремнии

Р-типа, а при обработке во втором растворе кремний Р-типа темнее, чем кремний 2г -типа.

Измеряют положение р-т2 переходов на наклоненной плоскости и, зная угол ее наклона с(по отношению к рабочей поверхности образца, определяют глубины эпитаксиальных и диффузионных слоев полупроводника.

Угол <"- между наклоненной кристаллографической плоскостью (111) и рабочей поверхностью образца и полг жение линии пересечения кристаллографической плоскости (111) и рабочей поверхности образца задают при разрезании монокристалла полупроводника на образцы-пластины Hm определяют на готовом образце, используя известные способы ориентировачия монокристаллов: рентгеновский анализ с помощью лауэграмм; рентгеновский анализ с помощью кристаллоспектрометра и счетчика излучения, установленного в положении, позволяющем регистрировать отражения под брэгговскими углами: оптический способ ориентации по световым фигурам.

Возможен и другой, более простой, спссоб определения величины угла оС и положения линии пересечения кристаллографической плоскости (111) с рабочей поверхностью образца; в маскирующем слое изготавливают способами фотолитографии окно круглой формы и обрабатывают образец в анизотропном травителе.

Самая пологая и плоская стенка углубления, легко различимая на глаз, образуется у той части кольцевого края окна, которая параллельна линии пересечения кристаллографической плоскости (111) и рабочей поверхности образца; наклон кристаллографической плоскости (111) по отношению к рабочей поверхности образца определяют из соотношения глубины достаточно большого углубления и видимой длины наклоненной плоскости простирающейся от рабоэ чей поверхности образца до дна углубления.

Преимуществами предлагаемого способа измерения глубины эпитаксиальных и диффузионных слоев монокристаллического полупроводника по

522462

111 сравнению со способом-прототипом (способом

"косого шлифа") являются: исключения механического разрушения образца, удешевление и упрощение способа, обусловленные исключением трудоемкой операции точной 5 механической шлифовки; возможность исследования глубины локальных полупроводниковых слоев, образующих, например, отдельную транзисторную структуру, так как положение линии пересечения наклоненной плоскости 1р и рабочей поверхности образца (линии 7 на фиг.2) определяется положением края окна в маскирующем слое 8 и задается методами фотолитографии весьма точно.

Практическое значение предлагаемого способа измерения глубины слоев монокристаллического полупроводника увеличивается благодаря тому, что большая часть монокристаллических кремниевых пластин, используемых промышленностью для производства полупроводниковых приборов и интегральных схем, имеет с целью улучшения качества эпитаксиальных слоев, рабочую поверхность, разориентированную по отношению к кристаллографической плоскости (111) на угол бо.

К этим типовым пластинам-образцам вполне применим предлагаемый способ измерения глубины полупроводниковых слоев.

Формула изобретения

Способ измерения глубины слоев монокристал.— лического полупроводника, разделенных р- и. переходами, включающий изготовление плоскости, наклоненной к рабочей поверхности образца полупроводника, отличающий ся тем,что, с целью исключения механического разрушения образца полупроводника и обеспечения. возможности измерения глубины локальных слоев полупроводника, наклоненную плоскость изготавливают рельефным анизотропным травлением монокристаллического полупроводника вдоль кристаллографической плоскости (111).

Редактор Г. Гончар

Составитель Г. Угличина

Гехред М. Дикович

Корректор Н. Золотов скад

Заказ 4292/362

Тираж 10?9 Подписное

1111РИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, K-35, Раушскаи наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент *, г. Ужгород, ул. Проектная, 4