Способ контроля толщины кремниевых слоев n-типа проводимости на изолирующих подложках

 

Изобретение относится к области контроля толщины кремниевых слоев n-типа проводимости на изолирующих подложках. Кремниевый слой предварительно облучают гамма-квантами ⁶⁰Со, после чего проводят термообработку подложки при температурах 500-750 К в течение времени от 5 до 10 минут, затем измеряют зависимость поверхностной концентрации носителей заряда в слое от температуры в диапазоне от 77 до 400 К, по которой затем определяют интервал температур ионизации дефектов структуры и расчетным путем определяют толщину исследуемых слоев. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники и может быть использовано для неразрушающего контроля толщины кремниевых слоев n-типа проводимости на изолирующих подложках.

Известен способ измерения толщины полупроводниковых слоев на непроводящей высокоомной подложке или отделенных от подлодки изолирующим р-n-переходом, заключающийся в измерении соотношения поверхностного сопротивления и сопротивления растекания на одной четырехзондовой головке с линейным расположением измерительных зондов и определении толщины расчетным путем [l] Однако, точность измерения толщины полупроводниковых слоев этим способом низка, и после измерения на поверхности слоя остаются отпечатки зондов - разрушенные давлением приповерхностные области слоя, что не позволяет использовать при последующих операциях подвергшийся изменениям участок слоя.

Наиболее близким к заявляемому является способ измерения толщины кремниевых слоев n-типа проводимости на изолирующих подложках заключающийся в измерении температурной зависимости поверхностной концентрации носителей заряда для определения температурного интервала ионизации дефектов структуры, созданных в слое путем термообработки при температурах 500-750 К в течение 0,2-5 часов и расчете толщины кремниевых слоев по значениям поверхностной концентрации носителей заряда и температуры из интервала ионизации дефектов структуры [2] Недостатком известного способа является необходимость проведения длительных (достигающих нескольких часов) термообработок для образования в слоях достаточной концентрации дефектов структуры, что является причиной низкой производительности способа.

Цель изобретения повышение экспрессности за счет увеличения скорости генерации дефектов структуры.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения толщины кремниевых слоев n-типа проводимости на изолирующих подложках, заключающемся в термообработке подложки при температуре от 5ОО до 750 К, охлаждении ее до комнатной температуры со скоростью 10-100 К/с, определении температурной зависимости поверхностной концентрации носителей заряда в интервале температур от 77 до 400 К, определении по ней температурного интервала ионизации дефектов и расчет толщины слоя, согласно изобретению кремниевые слои предварительно облучают γ квантами изотопа ⁶⁰Co потоком l·10¹⁴ 1·10¹⁶см^-2 в течение 0,3-30 мин, а термообработку проводят в течении 5-10 мин. Достижение поставленной цели обусловлено тем, что при облучении в указанных режимах в кремниевых слоях образуются стабильные радиационные дефекты. Термообработка при 500-750 К приводит за счет наличия упругих напряжений в слоях к перестройкам радиационных дефектов, в результате чего происходит радиационная стимуляция образования дефектов структуры. При этом скорость генерации таких дефектов структуры в облученных слоях возрастает в 10¹ 10³ раз по сравнению с контрольными (необлученными) образцами.

На чертеже показана зависимость поверхностной концентрации носителей заряда от температуры в слоях, радиационно-термически обработанных указанных режимах.

Пример. Определяют толщину эпитаксиальных слоев марки КЭФ4,5/400КДБ10. Для этого слои облучают потоком Ф 1·10¹⁵см^-2 гамма-квантов ⁶⁰Сo на установке МРХ-γ-25М Длительность облучения слоев составляет t_ф 3 мин. Затем облученные образцы подвергают термообработке при T_т 620 К в течение времени t_т 5 мин, после чего охлаждают до комнатной температуры со скоростью 100 К/с. Это приводит к образованию в слоях донорных дефектов структуры, которые представляют собой кислородосодержащие комплексы. Энергия термической ионизации и фактор спинового вырождения этих дефектов известны и равны соответственно ΔE=0,16 эВ и g 0,5. Затем по периметру образцов в произвольных точках создают по четыре зондовых омических контакта, необходимых для измерения поверхностной концентрации носителей заряда. Помещают образцы в криостат с жидким азотом, температура которого равна 77 К. После этого осуществляют нагрев образцов в диапазоне температур от 77 до 400 К с шагом 10 К. После каждого осуществляют выдержку при данной температуре, во время которой измеряют методом Ван-дер-Пау поверхностную концентрацию носителей заряда. Результаты измерений представляют в графической форме. Из графика определяют интервал температур ионизации донорных дефектов структуры, находящийся между температурами начала Т_и 9О К и окончания T_o 255 К ионизации. Поверхностная концентрация носителей заряда в образцах при этих температурах составляет соответственно n^и_s=2×10¹¹ см^-2 и n^o_s=5×10¹¹ см^-2. Затем выбирают внутри интервала температур ионизации этих дефектов температуру T 191 К, примерно равную 0,5(T_и + T_o). Определяют значение n_s 3,5·10¹¹см^-2 поверхностной концентрации носителей заряда при этой температуре. Рассчитывают по известному выражению значение эффективной плотности состояний при этой температуре N_c 1,43х10¹⁹ см^-3 при температуре 191 К и определяют толщину t кремниевого слоя из соотношения: где k постоянная Больцмана. Получаем t 2,1 мкм.

Примеры для других граничных режимов обработки, указанных в отличительной части формулы изобретения, даны в таблице.

Приведенный пример показывает, что использование способа действительно приводит к повышению экспрессности измерений за счет уменьшения суммарной длительности обработок t_Ф+t_T, обусловленной радиационно-стимулированным увеличением скорости генерации термодоноров.

Формула изобретения

Способ контроля толщины кремниевых слоев n-типа проводимости на изолирующих подложках, включающий термообработку подложки при 500 750 К, охлаждение ее до комнатной температуры со скоростью 10 100 град./с, определение температурной зависимости поверхностной концентрации носителей заряда в интервале 77 400 К, определение по ней температурного интервала ионизации дефектов и расчет толщины слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения экспрессности измерений, слой предварительно облучают γ-квантами изотопа ⁶⁰Со потоком 1·10¹⁴ - 1·10¹⁶ см² в течение 0,3 30,0 мин, а термообработку проводят в течение 5 10 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2