Способ контроля качества диэлектри-ческих пленок

 

О П И С А Н И Е (ii)828057

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.02.79 (21) 2726178/18-25 с присоединением заявки № (51) M Кл з

G 01N 27/60 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений (43) ОпУбликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (53) УДК 543.257 (088.8) и открытий (45) Дата опубликования описания 07.05.81 (72) Авторы изобретения

В. Б. Звягин, И. В. Зуев, Г. П. Жигальский и И. Н. Назаров

Московский институт электронной техники (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ПЛЕНОК

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для контроля качества тонких диэлектрических пленок в интегральных схемах.

Тонкие диэлектрические пленки широко применяются в микроэлектронике в качестве изолирующих и пассивирующих покрытий, диэлектриков тонкопленочных конденсаторов, элементов МДМ и МДП— структур и других приборов.

Гакие дефекты диэлектрических пленок, как загрязнения инородными веществами, микротрещины, ямки, замкнутые и сквозные поры, ухудшают электрофиз ические свойства пленок и приводят к катастрофическим отказам приборов, изготовленных на их основе.

Контроль качества диэлектрических пленок позволяет осуществлять способы контроля, основанные на определении характера и величины электрического тока, протекающего через исследуемую пленку.

При осуществлении таких способов к исследуемой диэлектрической пленке, нанесенной на проводящую подложку, создается контакт либо механически (зондом), либо напылением пленки металла; о качестве диэлектрической пленки судят по величине и характеру тока, протекающего через полученную МДМ и МДП вЂ” структу ру Я

Прп осуществлении таких способов контроля определяется суммарная дефектность

5 МДМ и МДП-структуры, в которую могут вносить вклад как дефекты исследуемой диэлектрической пленки, так и дефекты металлизации или несовершенства контакта

«зонд-пленка».

Io Необходимость нанесения металлической пленки на исследуемую диэлектрическую пленку делает способ контроля разрушающим, так как подложка с исследуемой пленкой выбывает из технологического цик)5 ла изготовления конкретного прибора или интегральной схемы.

При изготовлении и исследовании диэлектрических пленок актуальной является задача неразрушающего контроля качества, 20 прямого обнаружения дефектов в диэлектрической пленке.

Известен способ обнаружения капиллярных отверстий в диэлектрической пленке (2), заключающийся в том, что диэлектри25 ческую пленку наносят на проводящую подложку, на пленку накладывают перемещающийся щуп и подключают щуп и подложку через резисторы к источнику питания. К измерительному резистору подключают

ЗО фильтры нижних и верхних частот и изме828057

Таблица

Ge0

Материалы и тип

Е«Е„р, W лента

Та, коробочка испарителя

1073К

423 К

ЗЯЗК

Температура подложки

Скорость осажден:ia

2,5 ими е

О,К вЂ”:1,5 мкм

3 нм/с

0,5 мкм

Т ол п1 па пленки

65 ряют величину высокочастотного и низкочастотного сигналов, проходящих через диэлектрическую пленку. Отношение указанных сигналов представляет собой нелинейность диэлектрика. О дефектности пленки 5 судят по величине низкочастотного сигнала.

Возникновение высокочастотного сигнала объясняется разрядом между щупом и подложкой.

Указанный способ, принятый за прототип, 10 позволяет выявлять дефекты, вызывающие протекание токов утечки через диэлектрическую пленку.

Однако точность оценки дефектности Невелика из-за несовершенства контакта 15

«щуп-пленка». Скорость процесса контроля ограничена скоростью меха>п1ческого перемещения 1цу11а.. (роме того, сугцеств17LT Возможность механических повреждений пленки перемещающимся щупом. 20

Цель изобретения — повышение точности и скорости процесса контроля качества диэлектрических пленок за счет осуществления бесконтактпого контроля протекающего через пленку тока. 25

Это достигается тем, что пс >ед регистрацией тока диэлектрическую пленку облучают импульсным электронным лучом.

Параметры электроннолучевого воздействия выбирают, исходя из электрофизическпх 30 свойств и толщш LI исследуемой пленки.

Для этого необходимо, чтобы глубина пробега электронов в матери,";ле пленки была много меньше толщины пленки, т. е.

35 где 6 — глубина пробега электронов; и — толщина пленки.

А напряженность поля в диэлектрике, обусловленного накапливающимся за время действия импульса облучения зарядом, была много меньше пробивной напряженности диэлектрической пленки, т. е. где Š— напряженность поля в диэлектрике;

Е„р — пРобивнаЯ напРЯженность дпэлект- 50 рической пленки.

Импульсный характер электроннолучевого воздействия необходим для того, чтобы заряд, накапливающийся за время действия импульса, нейтрализовался во время паузы между импульсами за счет ин>кекции электронов из проводящей подложки.

Соблюдение условия облучения 6(

Соблюдение условия E (< E» необходимо для исключения возмо>кности электрического пробоя пленки. Напряженность поля E определится разностью потенциалов Л U

4 между поверхностью пленки и подложкой н толщиной диэлектрика.

Точность современных методов измерения толщины тонких пленок позволяет утверждать, что при соблюдении условий

) 10, и",) 10 «сквозной прострел» и

Е электрический пробой пленки толщиной и будут исключены. Локальные уменьшения толщины пленки соответственно в 10 и более раз (ямки) при этом будут идентифицированы как дефекты.

На фиг. 1 изображена схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 зависимость дефектности пленки от толщины; на фиг. 3 — зависимость тока сквозной проводимости от толщины пленки.

Устройство содержит электронную пушку 1, питаемую от источника питания 2 через фильтр нижних 3 частот, исследуемая диэлектрически пленка 4 установлена на токопроводящей подло>кке 5. Сигнал, проходящий через диэлектрическую пленку 4, снимается с измерительного резистора 6, к которому подключены фильтры 7 и 8 нижних и верхних частот. Выход фильтра 7 нижних частот через регулируемый аттенюатор 9 подключен к индикатору 10. Выход фильтра 8 верхних частот через избирателы1ый усилитель 11 подключен к индикатору 12.

Предлагаемым способом производилось определение зависимости дефектности пленк11

GeO от толщины. Пленка Geo получалась термическим испарением в вакууме. B качестве проводящего подслоя использовалась пленка А1, напыленная на стеклянную подложку. Напыление пленок А! и Ge0 производилось на установке вакуумного напыления УВН-2N-1.

Режимы напыления приведены в таблице.

Температура испарители 1373К

Образец для исследования имел вид, показанный на фиг. 2. Образец помещался в вакуумную камеру и подвергался облучению.

Источником электронов являлась электроннолучевая трубка типа 8 Л029И, питание и управление которой осуществлялось от импульсного синхроскопа С 1 — 5. Экран трубки был обрезан и электронный луч направлялся на контролируемую структуру, 828057 ь

Расчетным путем были выбраны следующие параметры режима облучения: ускоряющее напряжение U „„„= 1 кВ ток луча 1= 5 мкА диаметр луча в плоскости пленки d=5 мм длительность импульса т =10 — с частота следования импульсов = 40 Гц

При данных параметрах электроннолучевого воздействия соблюдаются условия, гарантирующие, что для бездефектной пленки отсутствует «сквозной прострел» электронами пучка и исключается возможность электрического пробоя.

Применение предлагаемого изобретения позволило, регистрируя протекающий через пленку ток, определить нелинейность диэлектрика, а по величине нелинейности — ток сквозной проводимости, обусловленный проводящими дефектами и сквозными парами в диэлектрической пленке.

Зависимость тока сквозной проводимости от толщины пленки приведена на фнг.3, кривая 1.

Для проверки объективности предлагаемого способа контроля была определена зависимость плотности сквозных пор от толщины пленки для того же образца методом отравливания подслоя.

На диэлектрическую пленку наносился травитель (3 р — р КОН), который, не разрушая диэлектрик, проникал в сквозные поры и стравливал подслой алюминия. Режим травления подбирался таким, чтобы алюминий не растравливался под пленкой диэлектрика и в метамической пленке образовывались отверстия, соответствующие порам в диэлектрике. После травления и промывки образцы наблюдались в микроскопе

МИМ-8М на просвет и определялась плотность сквозных пор. Зависимость плотности сквозных пор I от толщины пленки диэлектрика показана на фиг. 3, кривая 2. Как вид5 но, кривые эквидистантны, что говорит об объективности предлагаемого способа контроля.

Формула изобретения

10 Способ контроля качества диэлектрических пленок, нанесенных на проводящие подложки, включающий регистрацию протекающего через пленку тока и определение нелинейности диэлектрической плен15 ки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и скорости процесса контроля, перед регистрацией тока пленку облучают импульсным электронным лучом, параметры которого удовлетворяют усло20 Виям где б — глубина пробега электронов в материале пленки;

25 2 — толщина пленки и

< (("-пр где Š— напряженность поля в диэлектрике, обусловленного накапливаю30 щимся за время облучения зарядом;

Е„, — пробивная напряженность пленки.

Источники информации, принятые во В.п:мание при экспертизе

1. Патент США М 3967196, кл. 324-54, 1976.

2. Патент Японии Хо 51-41074, кл. 112Н02, 40 1976 (прототип).

828057

h, 1,у юк г

Составитель Э. Скорняков

Техред А. Камышникова Корректоры: Т. Трушкина и P. Беркович

Редактор T. Глазова

Заказ 915/10 Изд. № 311 Тираж 915 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2