Способ определения малых доз ионного легирования

 

Изобретение относится к области анализа материалов с помощью электрических средств и может быть использовано в микроэлектронике в технологии ионного легированияпри изготовлении МДП-интегральных схем с многоуровневыми пороговыми напряжениями. Целью изобретения является повышение точности определения малых доз ионного легирования. Тестовые структуры предварительно легируют ионной имплантацией примеси, создающей тип проводимости, противоположный типу проводимости подложки до концентрации , равной или большей концентрации примеси в подложке. Затем на нелегированной и легированной контролируемой дозой частях тестовой структуры измеряют неравновесные импульсные вольтфарадные характеристики , прикладывая к тестовой структуре импульсы пилообразного напряжения со скоростью развертки 102-107 В/с и с полярностью, переводящей поверхность этой структуры из состояния инверсии (обеднения) в состояние поглощения основными носителями подложки тестовой структуры . На измеренных характеристиках фиксируют пороговые напряжения, соответствующие минимальным значениям емкости , а дозу ионного легирования находят из количества Д электрически активной легирующей примеси, определяемого из зависимости D AUCoK/q, где AU - величина сдвига порогового напряжения на легированной и нелигированной частях тестовой структуры; Сок - удельная емкость слоя диэлектрика этой структуры; q - заряд электрона . 1 ил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)ю Н 01 21/66

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4226638 /63 (22) 23.02.87 (46) 07.01.93. Бюл. М 1 (71) Производственное объединение "Радон" (71) С.П.Новосядлый и А.И. Карплюк (56) Романов В,П., Устинов В.Д, Экспрессный контроль качества МДП-структур методом неравновесных вол ьтфарадных характеристик. — Электронная промышленность, выпуск 6 (144), 1985, M,: ЦНИИ "Электроника" с. 56.

Вовк M.Ã., Кизяк А.Ю., Ярандин В,А..

Некоторые особенности измерения поверхностного сопротивления тонких высокоомных полупроводниковых слоев с помощью модифицированного четырехзондового метода. — Электронная техника. Серия 2, Полупроводниковые приборы, выпуск 1 (174), 1985, M. ЦНИИ "Электроника", с. 50-55. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАЛЫХ ДОЗ

ИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ (57) Изобретение относится к области анализа материалов с помощью электрических средств и можетбыть использовано вмикроэлектронике в технологии ионного легирования при изготовлении

МДП-интегральных схем с многоуровневыми пороговыми напряжениями. Целью изоИзобретение относится к области анализа материалов с помощью электрических средств и может быть использовано в микроэлектронике в технологии ионного легирования (ИЛ) при изготовлении

МДП-интегральных схем с многоуровневыми пороговыми напряжениями.

Известен способ измерения заряда подвижных ионов в диэлектрической пленке

„„Я2„„1786542 А1 бретения является повышение точности определения малых доз ионного легирования.

Тестовые структуры предварительно лагируют ионной имплантацией примеси, создающей тип проводимости, противоположный типу проводимости подложки до концентрации, равной или большей концентрации примеси в подложке. Затем на нелегированной и легированной контролируемой дозой частях тестовой структуры измеряют неравновесные импульсные вольтфарадные характеристики, прикладывая к тестовой структуре импульсы пилообразного напряжения со скоростью развертки 102-10 В/с и с полярностью, переводящей поверхность этой структуры из состояния инверсии (обеднения) в состояние поглощения основными носителями подложки тестовой структуры. На измеренных характеристиках фиксируют пороговые напряжения, соответствующие минимальным значениям емкости, а дозу ионного легирования находят из количества Д электрически активной легирующей примеси, определяемого из зависимости D =ЛОС0 /q, где Ж вЂ” величина сдвига порогового напряжения на легированной и нелигированной частях тестовой структуры; С к — удельная емкость слоя диэлектрика этой структуры; q — заряд электрона. 1 ил.

МДП-структуры по величине гистерезиса между неравновесными вольтфарадными характеристиками (ВФЗ). Характеристики при этом снимают после выдержки структуры при положительных и отрицательных напряжениях при температурах 150-250 С.

Способ позволяет измерить концентрацию заряда по напряжению смещения CV — характеристик.

1786542

15 структур

Однако при проведении таких измерений необходимо нагревать МДП-структуру, что вносит большие погрешности в результаты измерений. Кроме того, измерения можно осуществить только для имплантированной примеси, однотипной с примесью подложки. Это ограничивает применение контрольных пластин по типу проводимости, Известен также способ контроля малых доз ионного легирования, включающий измерения неравновесных импульсных вольтфарадных характеристик предварительно легированной тестовой МДП-структуры, По этому способу контроль малых доз ИЛ производится с помощью модифицированного четйрехзондового метода измерения тонких высокоомных полупроводниковых слоев; основанйого на использовании простой текстовой структуры. Тестовая структура в этом случае формируется из кремниевой подложки с концентрацией <10 5 см з примеси противоположного типа проводимости по отношению к измеряемому слою, с созданными на ней сильнолегированными областями ("диффузионными зондами").

К недостаткам этого способа относятся влияние токов утечки через р-п-переходы контактов на потенциал подложки, и ограничения по контролируемой дозе легирования снизу.

Целью изобретения является повышение точности определения малых доз ионного легирования.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения малых доз ИЛ, включающем измерения неравновесных импульсных ВФХ предварительно легированной тестовой МДП-структуры, предварительное легирование тестовой структуры осуществляют ионной имплантацией примеси, создающей тип проводимости, противоположный типу проводимости подложки до концентра. ции, равной или большей концентрации .примеси в подложке, ВФХ измеряют на легированной контролируемой дозой примеси и нелегированной частях тестовой структуры, прикладывая к тестовой структуре импульсы пилообразного напряжения со скоростью развертки 10 -10 В/с и с полярг . ностью, переводящей поверхность этой структуры из состояния инверсии (обеднения) в состояние обогащения основными носителями подложки тестовой структуры, на измеренных характеристиках фиксируют пороговые напряжения, соответствующие минимальным значениям емкости, а дозу ионного легирования находят из количества

D электрически активной легирующей примеси определяемого из зависимости 0=

=AU Сок/q, где hU — величина сдвига порогового напряжения на легированной и нелегированной частях тестовой структуры;

Сок — удельная емкость слоя диэлектрика этой структуры; q — заряд электрона.

На чертеже представлены неравновесные ВФХ в случае фонового предварительного легирования тестовой структуры примесью с концентрацией, близкой к концентрации примеси в подложке (а) и с концентрацией, значительно большей концентрации примеси в подложке (б), где

1,3 и 2,4 — ВФХ, измеренные соответственно на нелегированных и легированных контролируемой примесью частях тестовых

R р и м е р. Способ использовали в производстве при изготовлении кристаллов схем памяти 4к с KM 132. В качестве рабочих

20 и контрольных пластин использовались кремниевые пластины марки КДБ-80. Для наблюдейия четкого минимума емкости на контрольных пластинах эти пластины предварительно легировались ионной импланта25 цией примесью, создающей электронный тип проводимости. Совместно с партией рабочих пластин контрольные пластины проходили операцию хи мабработки, окисления под затвор до толщины окисла

100 А, ионного легирования фосфором дозой 0 15 мкКл/см и энергией 100 кэВ, при этом часть контрольной пластины закрывали экраном. Затем отдельно от рабочих пластин проводили отжиг — стабилизацию тестовых структур на контрольных пластинах по режиму; Т=900 С, нагрев в инертной среде 9 мин, стабилизацию фосфором из источника РОС!з в течение 1 мин и охлаждение до комнатной температуры в инертной среде в течение 5 мин. Такой режим отжига — стабилизации практически устраняет разброс заряда в окисле по пластине, хотя приводит,к увеличению толщины окисла на

20-30 А. Затем на нелегированной и легированной контролируемой дозой частях тестовой структуры проводили измерение неравновесных импульсных ВФХ со скоростью развертки напряжения 10 -10 В/с.

Для смещения поверхности в состояние инверсии(обеднения) был использован дополнительный источник постоянного напряжения. Напряжение смещения ВФХ на тестовых структурах находилось в пределах 2,9-3,1В.

Применение данного способа позволило оперативно управлять процессом ионного легирования при проиэводстве микросхем и уверенно регистрировать дозы легирования более 0,01 мкКл/см, 1786542 а/

Составитель А. Ожередов

Техред М.Моргентал Корректор Э. Лончакова

Редактор С. Кулакова

Заказ 251 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Формула изобретения

Способ определения малых доз ионного легирования, включающий измерения неравновесныхх импульсных вольтфарадных характеристик предварительно легированной тестовой МДП-структуры, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, предварительное легирование тестовой структуры осуществляют ионной имплантацией примеси, создающей тип проводимости, противоположный типу проводимости подложки до концентрации, равной или большей концентрации примеси в подложке, вольтфарадные характеристики измеряют на легированной контролируемой дозой примеси и нелегированной частях тестовой структуры, прикладывая к тестовой структуре импульсы пилообразно. го напряжения со скоростью развертки 1010 В/сис полярностью,,переводящей по7 верхность этой структуры из состояния инверсии (обеднения) в состояние обогащения основными носителями подложки тестовой

5 структуры, на измеренных характеристиках фиксируют пороговые напряжения, соответствующие мийимальным значениям емкости, а дозу ионного легирования находят из количества 0 электрически активной ле1D гирующей примеси, определяемого из зависимости

D- =hU Сок/ц где Ж3 — величина сдвига порогового напряжения на легированной и нелегирован15 ной частях тестовой структуры;

Сок — удельная емкость слоя диэлектрика этой структуры;

q — заряд электрона.