Способ определения толщины эпитаксиального слоя кремниевых структур

(51 ЗОБ РЕТ КОМУ СВИДЕ СТВ ВТ(71) Ленинградское объединение электронного приборостроения "Светлана"(56) 1. Патент США М 4555767,кл. 6 01 В 11/02, 1982,2, Основа технологии кремниевых интегральных схем. Окисление, диффузия,эпитаксия,/Под ред, Р,Бургера и Р.Донована. М.; Мир, 1969, с, 410 - 412,3, Там же, с,410 - 418.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫЭПИТАКСИАЛЬНОГО СЛОЯ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР по ины э испо учения ных н е от и к бл контра х слое толщ шение толщины эпитаксиальных еняемых при изготовлении бипоегральных схем предъявляет все кие требования к точности ее опУмень слоев прим лярных ин более высо ределенияГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР Изобретение относится никовой микроэлектронике, способам определения толщ альных слоев, и может быть при отработке режимов пол сиальных структур, выращен ложках, имеющих отклонени (111) по направлению (112 плоскости (110), а также при родности этих эпитаксиальнь щине и воспроизводимости от процесса к процессу. упроводтности к питаксильзованоэпитака р-подлоскости ижай щей ле одное потолины слоя(57) Способ относится к области контроля кремниевых структур, выращенных на подложках, имеющих отклонение от плоскостности, Сущность изобретения: на поверхность эпитаксиальной структуры наносят маскирующее покрытие. Вскрывают в нем окна прямоугольной формы, одна из сторон которых перпендикулярна базовому срезу, причем другая сторона имеет длину, превышающую значение О//щ а, где О/в толщина эпитаксиального слоя; а- угол разорентации. Проводят анизотропное травление через маскирующее покрытие до подложки, Удаляют маску, По высоте ступени определяют толщину эпитаксиального слоя. 2 ил. Известен способ определения толщины эпитаксиального слоя (1), в котором исполь- а зуют интерференцию инфракрасных лучей, сОднако этот способ непригоден для опреде 1 Ъвф ления толщины субмикронных слоев (менее2 - 4 мкм).В другом известном способе (2) определяют толщину эпитаксиал ьного слоя по раз-ф меру дефектов упаковки. Этот способ К трудно применять из-за низкой плотности ростовых оефектов упаковки (обык но менее 10 шт,/см ). 1,Известен способ определения толщины эпитаксиального слоя кремниевых структур, выращенных на р-подложках, имеющих отклонение от плоскости (111) по направлению 112 к ближайшей плоскости (110) 3, Способ включает травление эпитаксиального слоя. Для определения толщины эпитаксиального слоя в данном способе необходимо выбрать лишь дефекты упаковки, образовавшиеся на границе между слоем и подложкой, т.е. имеющие наибольшие по размерам фигуры травления, что достаточно сложно при обычно наблюдаемой плотности дефектов упаковки.Визуальное наблюдение дефектов упаковки становйтся возможным только после травления выращенной пленки в соответствующем селективном травителе, имеющем достаточно высокую скорость травления, При определении толщины эпитаксиального слоя необходимо учитывать величину слоя, стравливаемого при выявлениидефектов упаковки. При выращивании эпитаксиальных слоев на разориентированных подложках выявленные дефекты упаковки представляют собой не равносторонний, а равнобедренный треугольник, что также может привести к ошибке в определении толщины эпитаксиального слоя. Таким образом, недостатком данного способа является низкая точность определения толщины эпитаксиального слоя,Целью изобретения является повышение точности определения толщины эпитаксиального слоя.Цель достигается тем, что по способу определения толщины эпитаксиального слоя кремниевых структур, выращенных на р-подложках, имеющих отклонение от плоскости(111) по направлению 1121 к ближайшей плоскости (110), включающему травление эпитаксиального слоя, согласно изобретению на поверхности эпитаксиальной структуры создают маскирующее покрытие, в котором вскрывают окна прямоугольной формы, одна из сторон которых перпендикулярна базовому срезу, а .другая сторона имеетдлину, превышающую значение В//1 да, где а - угол разориентации пластины; ЧЧ - толщина эпитаксиального слоя, определенная по максимальной скорости роста, проводят анизотропное травление через полученную маску до появления на профиле травления плоской части параллельной поверхности эпитаксиального слоя, удаляют маску, а затем по высоте ступени между поверхностью эпитаксиального слоя и плоской частью профиля травления определяют толщину эпитаксиального слоя.В некоторых случаях целесообразно вскрывать окно в виде полос, перпендикулярных базовому срезу структуры, причем ширина полос должна превышать значение Ю/тда. Способ основан на том, что эпитаксиальные слои выращиваются на подложках,имеющих отклонение от плоскости (111) на4 или 8 по направлению 112 к ближайшей5 плоскости (110), Это позволяет через маску,в которой вскрыты соответствующим образом ориентированные прямоугольные окнаили полосы, проводить травление в анизотропном травителе, имеющем весьма малую10 скорость травления в направлениях 111,а также р -областей, При этом получают"кристаллографический шлиф" с фиксированным углом наклона. Такой "кристаллографический шлиф" использовался для15 исследования распределения структурныхдефектов по глубине термически окисленного кремния. Для определения толщины эпитаксиального слоя необходимо, чтобыпроцесс травления резко замедлялся на20 границе слой - подложка,На фиг. 1 показан "кристаллографический шлиф" эпитаксиальной структуры; нафиг, 2 - "его теневое изображение, полученное в электронном микроскопе просвечива 25 ющего типа.Изобретение осуществляется следующим образом.В качестве подложек 1 (фиг. 1) использовали пластины кремния ЭКДБ 10, имею 30 щие отклонение от плоскости (111) 4 понаправлению 112 к ближайшей плоскости(110) и базовый срез по направлению 112В подложках формировали и и р скрытыеслои с концентрацией легирующей примеси35 10 - 10 см, На подложках методом вос 18 19 -3становления тетрахлорида кремния водородом выращивали эпитаксиальные слои 2и-типа толщиной 1,5-2 мкм и удельным сопротивлением 1 Ом см, На поверхности эпи 40 таксиальных слоев создавали либотермическим окислением (400 А), либо плазмохимическим окислением (0,4 мкм) слойдвуокиси кремния 3, в котором вскрывалиокна прямоугольной формы 40 хб 0 мкм над45 р.-областями, одна из сторон которых былаперпендикулярна базовому срезу, а другая(более короткая) имела длину заведомобольше отношения толщины эпитаксиального слоя к тангенсу 4 (2 мкм/0,07:30 мкм).50 Проводилась также фотолитографияокисла по полосковому фотошаблону с шириной полос 100 мкм и расстоянием междуними 5, 10, 20 и 50 мкм, так чтобы эти полосырасполагались над р скрытыми слоями под 55 ложки, Затем эпитаксиальные структурытравили в смеси КОН-изопропиловый спирт/мин, Скорость травления плоскости (111)1767582 Составитель МЛ етрущенкоРедактор Техред М,Моргентал Корректор И,Шмаков Заказ 3553 ВНИИПИ Госуда Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 составляла 0,1 мкм/мин. Удаляли затем окисел, образцы подготавливали для наблюдения теневых изображений, наблюдали теневое изображение в просвечивающемэлектронном микроскопе. По величине наибольшей ступени определяли толщину эпитаксиального слоя (фиг. 2). Отдельные образцы исследовались в сканирующем туннельном микроскопе, В данном случае толщина эпитаксиального слоя определялась из соответствующих и рофилограмм. Кроме упомянутого анизотропного травителя могут быть использованы также водные растворы КОН с различной концентрацией (от 50 до 350 г/л), водные растворы гидразингидрата различной концентрации и водноэтилендиаминовые растворы пирокатехина (120 г пирокатехина - 70;-ный этилендиамин до 1 л,). Формула изобретения Способ определения толщины эпитаксиального слоя кремниевых структур, выращенных на р-подложках, имеющих 5 отклонение от плоскости(111)по направлению 117 к ближайшей плоскости (110), включающий травление эпитаксиального слоя, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности способа, формируют 10 на эпитаксиальном слое маскирующее покрытие, в котором вскрывают окна прямоугольной формы, одна из сторон которых перпендикулярна базовому срезу, а другая имеет длину, превышающую значение 15 ЧЧ/сда, где а - угол раэориентации пласти-ны, ЧЧ - ориентировочная толщина эпитаксиального слоя, проводят анизотропное травление эпитаксиального слоя до появления плоской части подложки, удаляют маски рующее покрытие, а толщинуэпитаксиального слоя определяют по высоте ступени в плоской части области травления,3