Способ контроля механических напряжений в полупроводниковой пластине

 

СПОСОБ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯ}1ШНИЙ В ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПЛАСТИНЕ, заключающийся в том, что воз ждают изгибные коле, бания noJ ynpoBomiHKOBoft пластины и измеряют первую и вторую резонансные частоты, по которым вычисляют искомые параметры, отличающийс я тем, что, р целью повышения точности контроля, обеспечения возможности контроля концентрации и глубины залегания примеси, защемляют пластику по nepjjMeTpy при помощи цилиндрического nyaHcoiia, нагружают его нормированным весом Pi,, возбуждают изгибные колебания пластины и измеряют амплитуды колебаний пластины на первой и второй . резонансных частотах, изменяют жесткость заделки пластины путем нагружения пуансона нормированным весом Р , повторно измеряют первую и вторую резонансные частоты и амплитуды колебаний пластины на этих частотах и по измеренным значениям амплитуд и частот определяют величину механических напряжений, концентрацию и rjy6miy залехания примеси в пластине по формулам ( 6 -1 oi

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) 01 Н 13/00 (7-7 )2

6 Е

1+4 ехр (т 7 )2

-Ы и ехр

2 6

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 3558469/18-28 (22) 24.02.83 (46) 23.04.84. Бюл. № 15 (72) В.А. Лабунов, Н.Т. Квасов, А.К. Полонин, Г.А. Корешков, Н.Л. Прохоренко и В.Е. Карпов (71) Минский радиотехнический институт (53) 620. 178.53 (088.8) (56) 1. Гаврилов P.À., Скворцов А.М.

Технология производства полупроводниковых приборов. Л., «Энергия«, 1968, с. 167.

2. Авторское свидетельство СССР № 669262, кл. G 01 и 3/32, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 868554, кл. Q 01 М 27/90, 1981 (про котип) . (54) (57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПЛАСТИНЕ, заключающийся в том, что возбуждают изгибные zoneбания полупроводниковой пластины и измеряют первую и вторую резонансные частоты, по которым вычисляют искомые параметры, о т л и ч а ю m и йс я тем, что,,q целью повышения точности контроля, обеспечения воэможности контроля концентрации и глубины залегания примеси, защемляют пластину цо периметру при помощи цилиндрического пуансона, нагружают его нормированным весом P„, возбуждают изгибные колебания пластины и измеряют амплитуды колебаний пластины на первой и второй резонансных частотах, изменяют жесткость заделки пластины путем нагружения пуансона нормированным весом Р повторно измеряют первую и вторую резонансн;ые частоты и амплитуды кольЛФ„, 10877 9 А баний пластины на этих частотах и по измеренным значениям амплитуд и частот определяют величину механических напряжений, концентрацию и гцубину залегания примеси в пластине по формулам

Р где 4 - величина механических напря- . жений;

9 - соотношение Пуассона, E - измеренный модуль Юнга, . о 1 а 2 коэффициенты пропорцно ности, Я" - максимальная концентрация межузельных атомов, К - максимальная концентрация о вакансий, — координата максимума распределения межузельных атомов;

Z - координата максимума распреь деления вакансий; д - дисперсия распределения межм с узельных атомов;

Q - дисперсия4 распределения вакансий;

Я

Е =E rnn о мп

Я - резонансная частота колеба! 2

РЪЙ ний пластин HocILH облучения;

Я - резонансная частота коаеба2

fTlf1 ний пластины до облучения; где и i -.концентрация дефектов;

Д - коэффициент пропорциональнос л ти; р. — внутреннее затухание до облуо чения, где

1087779

- модуль упругости до облучео нияе. и. — внутреннее затухание после облучения.

E Ъ о

E-E -Е о

L, -. глубина залегания примеси

- модуль Юнга пластины до обО лучения", — модуль Юнга имплантированной области материала;

М - толщина пластины .

Изобретение относится к измерительной технике и неразрушающему контролю физико-механических яарактеристик твердого тела и может быть использовано для определения механических напряжений, концентрации дефектов и глубины залегания примеси, внедряемой в полупроводниковую пластину, а также толщины окисного слоя при технологических про цессах производства полупроводниковых приборов.

Известен. способ контроля механических напряжений и толщины окисного слоя на полупроводниковых пластинах, закшочающийся в определении . веса, диаметра и толщины пластины перед окислением, последующем определении площади окисных пластин и веса пластины после окисления и после стравливания окисла в плавиковой кислоте (1) .

Недостатквм способа является низкая точность контроля, обусловленная большими погрешностями при определении размеров и веса пластины относительно контролируемого параметра.

Известен также способ определения остаточных напряжений в поверхностном слое сечения образца Я, заключающийся в том, что образец нагружают в течение заданного числа циклов, измеряют амплитуду Е деформации поверхност» ного слоя и ширину динамической петли гистерезиса и рассчитьпьают механичес- кие напряжения по формуле

6 Л (Е-дЕ1Е

Недостатком способа является низкая точность контроля, обусловленная неоднородностью определения величины механических налряжений, зависящей от жест кости заделки контролируемого образца, Наиболее близким. к изобретению является способ контроля механических

5 напряжений в полупроводниковой пластине, заклкяаюп ийся в том, что возбуждают изгибные колебания полупроводниковой пластины и измеряют первую и вторую резонансные частоты, по которым вычисляют искомые параметры Г3,1.

Недостатком способа является низкая точность контроля, обусловленная зависимостью результатов контроля от жест кости заделки изделия.

Белью изобретении является повышение точности контроля механическйх напряжений, обеспечения возможности. конт. роля концентрации и глубины залегания примеси.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу контроля механических напряжений в подупроводниковой плас тине, заключающемуся в том, что возбуждают изгибные колебания полупроводниковой пластины и измеряют первую и вторую резонансные частоты, но которым вычисляют искомые параметры, защемляют пластину по периметру при помощи цилиндрического пуайсона, нагружают

3О его нормированным весом Р„, возбуж дают иэгибные колебания пластины и измеряют амплитуды колебаний пластины на первой и второй резонансных частотах, изменяют жесткость заделки. пласуины.

35 путем нагружения пуансона нормирован» ным весом Р, повторно измеряют первую и вторую резонансные частоты и амплитуды колебаний пластины на этих частотах и по измеренным значениям

3 1087779 4 амплитуд и частот определяют величину В круглой пластине кремния воабужмехлнических напряжений, концентрацию дают первую форму резонансных иэгиби глубину залегания примеси в пластине ных колебаний. Важным условием в исслепо формулам довании "изгибных колебаний является выполнение соотношения Л ) и, где A (2}= E с(длина волны изгибных колебаний, а 3 1-4 толщина пластины.

Исходные резонансяи частота и соо (г Jul

1 М Д

М (г-г )

С 2NÂ ЕхР

rnn

lYln (2} .

30 где

Е%

5 (1-w }

Изменение резонансной частоты обусловлено изменением модуля Юнга. Из (1) и (2),имеем

Я„„, - резонансная частота колеба 2 ний IIJIBcTHHsI Doc Jle облуче» ния . Е, - модуль упругости до облучения.

I

mn Е

Япщ Ео где Ф1 - коэффициент пропорциональности, р. — внутреннее затухание до облуо чения, р. - внутреннее затухание после 45 облучения.,г

Е Е "" (y) о

mn о

E-Е -Е

Главная причина низкой точности при измерениях, как указывалось выше, является невозможность осуществления абсолютно идентичного зажатия пластины (или заделки) при ее креплении в установке. В предлагаемом способе это усь раняется следующим образом.

50 где 4 - E— о глубина залегания примеси; модуль Юнга пластины до облученияг модуль Юнга имплантировак-" ной области материала; 55 толщина лляс тины. осуществляется следующим

1lСпособ образом.

Возбуждают пластину и измеряют резонансные частоты до имплантации, осугде 6 - величина механических напряжений, М вЂ” соотношение Пуассона

Е - измеренный модуль IOHIaf коэффициенты пропорциональ» ности;

Нм максимальная концентрация о межуэельных атомов;

И0 MGKGHMBJIbHGII концентРапиЯ о вакансий, 2м- координата максимума распределения межузельных атомов;

2 - координата максимума распределения вакансий, - дисперсия распределения межузельных атомов, )3 - дисперсия распределения вакансий;

gl

E=- " Е

Я о

Фп ветствуюшая ей амплитуда колебаний

10 пластины до процесса внедрения примеси, например, путем ионного облучения составляют шо и Ао .

Собственные частоты Я „колебаний такой пластины можно вычислить по формуле

1) г — (1)

mn г Р где ж „- коэффициент, определяемый

20, жесткостью заделки пластины, „,з } = жесткость материала пластины.,0 . 2 (g 2)

R — радиус пластины.

25 После изменения жесткости материал. ла, например, в результате ионной имплантации собственная частота изменяется и становится равной

1087779 ществляя зажатие пластины (ее заделку) гЯ зами весом Р и Р2 ° Тогда

Р1

1 g. D !2 о 5 вп

2 „Р )) 1/2 а - — "" — <ь|

rnn 2 0

После имплантации осуществляют аналогичные измерения. Тогда

<Р

Р+

2 Ж

Из формул (5)-(8) следует, что необходимым и достаточным условием идентичности зажатия пластины до и после имплантации является соотношение

1 1 я аР вп Ill+ ()

„ р Qp

",Ъ1,1 ео

1 где

З0

Р1

mn (3

ЖР

mn

Получив при первичном определении

35 собственные частоты для различных нагрузок(„и Р2 и величину р,, после имплантации осуществляют аналогичные кэмерения и используют те частоты, отно шение которых дает ту же величину р .

Зная значения резонансных частот и амплитуд до и после процесса внедрения примеси, определяют концентрацию дефектов из формулы о Р

° (,о)

1 4.

Распределение напряжений по глубине

50 структуры определяется выражением

2- М

6(2)= " о(, Й Ехр

М (Z-Z )

-0, N 8Xp

8 П (3qJ в Ю Ы.„о 2, М МВ 2м 2в табулированные

Š— определяется из (4).

Глубина залегания примеси определяется следующей формулой:

Eî (ц о где E - модуль Юнга имплантированного слоя;

- толщине пластины.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит оправку 1, пу-, ансон 2, элементы 3 нагружения цуансона, источник 4 возбуждения упругих изгибных колебаний в контролируемой пластине 5, блок 6 измерения амплитуды и резонансной частоты колебаний пластины, В качестве источника 4 возбуждения . изгибных колебаний в пластине испол зуется акус-.ический излучатеж, напри мер, 1А-18 (hf = 0-18 кГц, P

0-100 дБ). Блок 6 измерения амплнщ ды и резонансной частоты колебаний пластины представляет собой лазерный интерферометр, выполненный на базе лазера типа ОКГ-13.

При помощи данного устройства определяются резоненсная частоте и амплитуда пластины на резонансной частоте до внедрения примеси и после операции внедрения с использованием двух нагрузокР„и Р2, после чего определяются механические напряжения, концентрация и глубина слоя внедрения по соответствующим формулам.

Как следует из экспериментальных данных, увеличение дозы имплантируемой примеси приводит к увеличению резонансной частоты и амплитуды колебаний, что обьясняется увеличением упругости поверхностного слоя полулроводниковой пластины.

Использование способа позволит оперативно и с высокой точностью опреде лить как остаточные напряжения, так и концентрацию и глубину залегания примесей.

1087779, Составитель А. Чистиков

Тираж 547 Подписное

ВНИИП И Государственного комитета СССР пе делам иэебретений и открнтий

113035, Месква, Ж-ЗБ, Раушскаа наб., p. 4/5

Заказ 2643/35

Филиал ППП "Т1атент r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Т. Кугрышева Техреа М.Надь . Корректор Ога