Диффузия при производстве ИМС (стр. 3 из 3)

Заполнение линиями скольжения поверхности кремниевых пластин оценивают по значению коэффициента заполнения, равного отношению площади заполненной линиями скольжения, ко всей площади пластин.

Площадь, заполненную линиями скольжения, определяют под пучком осветителя с помощью шаблона-сетки по суммарному числу ячеек этой сетки, в которые попадают линии скольжения. Площадь одной ячейки 25 мм². Макродефекты анализируют под микроскопом без травления.

Поверхность после диффузии считается качественной, если плотность дислокаций и дефектов упаковки находится в пределах 10¹ -10² см^-2, коэффициент заполнения линиями скольжения не более 0,05; эрозии и термических ямок травления нет, неравномерность диффузионного фронта (по глубине) находится в пределах 5 - 10 % от средней толщины слоя.

Контроль диффузионных слоев проводят по следующим параметрам:

· глубина залегания p-n-перехода,

· удельное поверхностное сопротивление,

· поверхностная концентрация примесии

· профиль распределения примеси.

Наиболее распространенным методом контроля глубины залегания р-п-перехода является метод окрашивания (химического декорирования) сферического шлифа.

Сферический шлиф изготовляют с помощью вращающегося стального шара диаметром 35 — 100 мм, смазанного алмазной пастой зернистостью < 1 мкм, к которому прижимают рабочую сторону контролируемой пластины 3 (см. рис. ниже).

Глубина сферической лунки 1 должна превышать глубину p-n-перехода x_j. Границу р-n-перехода выявляют химическим окрашиванием p-области 5 в концентрированной фтористоводородной кислоте HF при интенсивном освещении. Для окрашивания n-области используют водный раствор медного купороса CuS0₄ • 5Н₂0 с добавкой 0,1 % концентрированной HF. Легированные диффузией области кремния р-типа после окрашивания будут выглядеть темнее окружающего материала, а области n-типа - покрыты осажденной медью.

На окрашенных шлифах под микроскопом измеряют длину l хорды 4, по которой определяют глубину залегания р-п-перехода (толщину диффузионного слоя 2): X_j = l² / (4D) , где D- диаметр шара.

Погрешность метода ~ 10 % вдиапазоне глубин от 2 до 10 мкм.

Метод окрашивания сферического шлифа непригоден для контроля глубины мелких (< 1 мкм) р-n-переходов из-за большой погрешности. В этом случае используют фотоэлектрический метод сканировании поверхностицилиндрического шлифа сфокусированным лазерным пучком (зондом) с регистрацией кривых фототока (фотоответа) и интерференции.

Используют установку ЛПМ-11 с длиной волны излучения X = 0,44 мкм, оптико-механическим узлом, предметным столом и регистрирующим прибором (самописцем).

Этим методом можно также контролировать ионно-легированные и эпитаксиальные p-n-переходы глубиной 0,2-10 мкм с погрешностью ~ 3 %.

Поверхностное сопротивление диффузионного слояR_sизмеряют четырехзондовым методом (см. рис. ниже).

Ток I пропускают между внешними 1зондами и измеряют падение напряжения Uмежду внутренними 2 зондами. Затем рассчитывают R_s= (U/I) ^.K , где

К - коэффициент коррекции, зависящий от размеров а образца и расстояния Sмежду зондами. При большом отношении (a/S) этот коэффициент равен 4,53, т. е.

R_s= 4,53 U/I.

Воспроизводимость метода составляет ± 2 % при стабильных значениях давления на зонды и уровня тока.

Для определения поверхностной концентрации N_sлегирующей примеси необходимо знать характер распределения примеси в диффузионной области. Существуют графики (кривые Ирвина), связывающие поверхностную концентрацию и среднее удельное сопротивление r, рассчитанные для диффузионных профилей.

Среднее значение удельного сопротивления находят по формуле:

r = R_s х_j

а затем по кривым Ирвина или таблицам определяют N_s.

Профиль распределения примесиопределяют методами:

· дифференциальной проводимости с послойным стравливанием,

· С-U-методом (метод вольт - фарадных характеристик),

· методом сопротивления растекания.

Дифференциальныйметод - старейший, достаточно информативный, но очень трудоемкий. Он состоит в повторяющихся измерениях поверхностного сопротивления четырехзондовым методом после удаления тонких поверхностных слоев кремния анодным окислением и травлением полученного оксида в растворе HF.

При использовании C-U-метода определяют значение емкости обратно смещенного р-n-перехода в зависимости от приложенного напряжения.

Наиболее широко в настоящее время применяют метод сопротивлениярастекания, при котором двумя зондами измеряют сопротивление на косом шлифе и после обработки результатов получают профиль распределения N_s.

Для контроля уже поставленного технологического процесса достаточно измерять x_j и R_s, а также толщину слоя примесно - силикатного стекла, полученного после первой стадии диффузии, и оксида - после второй стадии.

Толщина этих слоев и ее равномерность свидетельствуют о соответствии режимов проведения диффузионного процесса заданным. Кроме того, значения толщины должны быть известны для правильного выбора времени травления при снятии стекла после первой стадии диффузии и оксида после второй для последующей фотолитографии, а также при проведении процесса ионного легирования через оксид, образованный на второй стадии диффузии.