Способ оценки качества диэлектрических пленок

Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. свид-ву -51) М К, з Н 01 1. 21/66 66487/182) Заявлено 04,01,8 рисоединением заявки че Государственнык комит 3) Приоритет -53) УДК 621.38делам изобретении бликовано 15.02.82. Бюллетень Мга опубликования описания 15,02.82 л открыт 2) Лвторь СКИХ ПЛЕН ИЭЛЕКТ Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использованодля контроля диэлектрических пленокМДП и ЧДМ структур.Известен способ оценки качества диэлектрических пленок, основанный на электрохимическом травлении через поры пленки 111. В этом способе о качестве пленки судят по количеству пузырьков газа, появляющихся около сквозных пор.Недостатком этого способа является нпз.кая достоверность, недостаточная информативность и непригодность длп прогнозирования надежности, так как способ выявляетпоры только более 1 мкм. Известен такжеспособ оценки качества диэлектрическихпленок, основанный на измерении вольтамперной характеристики системы металлэлектролит-диэлектрик-полупроводник и определении пробивного напряжения путемлинейной экстраполяции участка вольтамперной характеристики к оси напряжений12),Недостатком этого способа являетсянизкая достоверность, ограниченный обч еминформации о качесгве диэлектрика и непРигодность для прогнозирования надежности, что обусловлено наличием поляризационных эффектов в системе электролит -металлический электрод,Способ не дает оценки структуры в раз 2личных средах, что также не позволяет прогнозировать надежность.Целью изобретения является повышениедостоверности и объема информации о ка честве диэлектрика и прогнозирования егонадежности.Г 1 оставленная цель достигается тем, чтов известном способе, основанном на измерении вольтамперной характеристики системы 1 О металл - электролит - диэлектрик - полупроводник и определении пробивного напряжения путем линейной экстраполяции участка вольтамперной характеристики к оси напряжений, формируют несколько образцов диэлектрика, выращенных на одной пластине, наносят жидкий металлический контактол на поверхность диэлектрика исследуемых образцов, отбирают два образца с одинаковым пробивным напряжением. О У обрабатывают их в водных растворахс рН) 9 и рН 3, повторно наносят жидкий металлический контактол, измеряют гробивное напряжение первого и второго образцов, У и У и оценивают качествоГ 2 125 диэлектрика по отношениюЕУо На чертеже представлены снятые с поощью самописца вольтамперные характе истики (ВЛХ) образцов диэлектрика, вы ащенного на пластине кремния КЭФ,555 60 65 31 де: вольтамперная характеристика исходного образца - 1, ВАХ образца после обработки его в щелочной водяной среде - 2 а, ВАХ образца после термостабилизапии - 2 б, ВАХ образца после обработки его в кислотной водной среде - За, ВАХ образца после термостабилизации - Зб.Сущность способа состоит в следующем.После отбора образцов с одинаковым Уо выдерживают поверхность диэлектрика в течение времени, необходимого для проникновения молекул воды в микропоры диэлектриков (вследствие капиллярного эффекта), в водном растворе (время выдерживания определяется экспериментально для каждого типа и толщины диэлектрика), после чего излишки раствора удаляют сушкой при Т .100 С в течение 1 часа, а на поверхность диэлектрика наносят каплю расплава индийгаллий и повторно снимают ВАХ,Как видно из чертежа, обработка диэлектрика в щелочной водной среде приводит к уменьшению порогового напряжения, в кислотной - к увеличению, Объясняется это тем, что толщина слоя геля, составляющего каркас гидратированной поверхности диэлектрика, варьируется в широких пределах - от единиц до сотен ангстрем в зависимости от кислотности обрабатываемого раствора. Обработка диэлектрика с высоким значением рН приводит к растравливанию вглубь микропор, главным образом потенциальных, т. е. всех структурных нарушений, куда проникли молекулы воды, Растравливаться могут поры, размеры которых соизмеримы с размером молекулы воды. Средний размер большинства пор составляет 10 А. Тот факт, что не увеличение количества пор, а глубина проникновения скрытых дефектов играют главную роль в изменении Уо, подтверждается тем, что после обработки значения токов утечки остаются, как правило, на прежнем уровне, а значения пороговых напряжений изменяются.Обработка диэлектрика в водном растворе с низким рН приводит к разбуханию слоя геля и закупорке потенциальных дефектов структуры диэлектрика, что приводит к увеличению порогового напряжения.Оценку качества диэлектрика произво 12 -дят по отношению, В идеальномю2случаеОюЭто значит, что если У 2-. с, и в случае высокого У, диэлектрик по структуре однороден и скрытые дефекты не проявляются, а в случае низкого Ую размеры дефектов настолько велики, что их не удается залечить или имеются сквозные поры сложной конфигурации, не изменяющие пробивного напряжения после обработки. Вторым фак 5 10 15 20 25 зо 35 40 45 50 тором, определяющим величинъ отношения .г, является значение l. В идеальюном случае У,-э. Уо, что означает отсутствие таких скрытых дефектов, которые могли бы проявиться прн воздействии повышенной влажности в течение длительного времени. Оценка качества диэлектрика по одному из отклонений от величины исходного пробивного напряжения ЛК = У, - сг, или Лlг = Уг - У была бы неплохой, так как не давала бы динамики повсдсния диэлектрика при изменении условий окружающей среды. Поэтому введен критерий интегральной оценки, представляющий собойУготношепие - Выполнение условияГю2у, ", 1 означает, что диэлектрик нен зменяст свойств при изменении условии окружающей среды, например, влажности, так как в нем нст потенциальных пор. Чем строже выполняется условие, тем качественней диэлектрик, тем стабильней параметры прибора, использующего такой диэлектрик.При оценке тонкопленочного диэлектрика по этому критерию легко выбрать оптимальный режим его получения, например, ри окислении кремния выбирают способ обработки подложки, время, температуру, окружающую среду, обеспечивающие получение диэлектрика, который лучше всегоУг - судовлетворяет условию 4; 1.юП р и м е р. Снимались ВАХ отобранных образцов диэлектрика, выращенного на пластине кремния КЭФ 4,5 ориентации (100). Толщина слоя %02 полученного термическим окислением в порах соляной кислоты, составляла 0,1 - 0,2 мкм. В качестве контактола применялся расплав индий - галлий с температурой плавления Т= 16, который снимался после измерения ВАХ томлоном со спиртом.Способ обеспечивает повышение достоверности и объсма информации о качестве диэлектрика путем выявления потенциальных микропор, выявления возможности самозалечивания и позволяет прогнозировать надежность диэлектрика в изготовленных приборах. Формула изобретения Способ оценки качества диэлектрических пленок, основанный на измерении вольтамперной характеристики системы металл - электролит - диэлектрик - полупроводников и определении пробивного напряжения путем линейной экстраполяции участка вольтамперной характеристики к оси напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и объема информации о качестве диэлектрика н про830977 Составитель Л. Смирновехред А. Камышникова Корректор Т. Добровольс дактор С. Титова Заказ 1196 Изд. М 15 Тирак 758ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретении н открытий113035, Москва, Ж, Раушская паб., д. 4/ одпнсное агорская типография Упрполнграфпздата Мособлисполком 5гнозирования его надежности, формируютнесколько образцов диэлектрика, выращенных на одной пластине, наносят жидкийметаллический контактол на поверхностьдиэлектрика исследуемых образцов, отбирают два образца с одинаковым пробивнымнапряжением Уо, обрабатывают их в водных растворах с рН) 9 и рН ( 3, повторнонаносят жидкий металлический контактол,измеряют пробивные напряжения первого ивторого образцов 1.1, и Б. и оценивают ка 17, - 17,чество диэлектрика по отношению17 о б Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Фогель В. А, Электрохимический ме тод определения пористости диэлектрических пленок. Электронная техника, сер. 2.Полупроводниковые приборы, вып, 1, 1971, с. 87 - 93. 10 2, Шейбак 3. В. и др. Метод оценки пористости диэлектрических пленок. Электронная техника, сер. 2. Полупроводниковые приборы, вып. 3, 1976, с. 95 (прототип).