Контроль дефектности пленок

Под дефектностью диэлектрических слоев обычно понимают плотность сквозных микродефектов (пор) и слабых мест (скрытых дефектов). Основные причины их возникновения: структурные нарушения подложки, загрязнения поверхности полупроводника, механические напряжения на границе раздела полупроводник - диэлектрик и т.д. Дефектность диэлектрических слоев - одна из важнейших причин снижения выхода годных микросхем.

Метод электролиза воды

При пропускании постоянного электрического тока через химически чистую воду происходит разложение воды на ионы водорода (H⁺) и гидроксильные ионы (OH^–). Ионы водорода перемещаются к катоду, где отдают свой заряд, превращаясь в атомы водорода, соединяющиеся в молекулы. Ионы гидроксила отдают свой заряд на аноде и, соединяясь друг с другом, образуют воду и кислород.

Если на поверхность диэлектрической пленки нанести каплю воды, поместить в нее положительный платиновый электрод, а на подложку (кремний) подать отрицательный потенциал, то дефекты сплошности пленки можно регистрировать по пузырькам водорода, выделяющимся на поверхности дефекта. О плотности дефектов судят по результатам микроскопического исследования или по величине тока в цепи электрод - электролит - подложка при постоянном напряжении.

Метод является неразрушающим. Основной его недостаток заключается в том, что документирование результатов исследований затруднено: при длительных измерениях количество пузырьков водорода становится так велико, что их невозможно подсчитать.

Электрографический метод

Пластина кремния накрывается поверх диэлектрической пленки смоченной в воде фотобумагой, на которую помещают металлический электрод с положительным потенциалом относительно кремниевой пластины. На фотобумаге в местах ее соприкосновения с отверстием в окисле идет реакция восстановления водородом бромистого серебра до металла ("засветка" фотослоя), что проявляется в виде увеличенных черных точек, соответствующих расположению пор в окисле. (Работа проводится при красном освещении.)

Для ускорения процесса и получения более качественных изображений фотобумагу смачивают не водой, а перенасыщенным раствором гидрохинона, что позволяет исключить последующую операцию проявления фотоотпечатка.

Этот метод также является неразрушающим, отличается простотой и документальностью, применяется для оперативного контроля в производственных условиях и позволяет выявлять дефекты размером 0,1 - 0,3 мкм.

Метод электронной микроскопии

Существуют две разновидности этого метода:

а) метод растрового электронного микроскопа позволяет выявлять каналы повышенных токовых утечек, образующихся в результате проникновения алюминия по дефектам в диэлектрике к кремниевой подложке. В этих местах кремния n-типа после термообработки при температурах выше 576 °С (точка эвтектики на диаграмме состояния Al - Si) образуются сплавные p - n-переходы. Дефекты выявляются по аномальному контрасту в электронных изображениях, возникающих на сплавных p - n-переходах в режиме наведенного тока. Разрешающая способность метода близка к диаметру электронного зонда. Недостаток метода связан с подготовкой специальных образцов для исследования. Метод разрушающий;

б) метод электронного зеркального микроскопа основан на регистрации локальных областей кремния с измененной в результате проникновения диффузанта через дефекты SiO₂ проводимостью по отношению к исходной. На образовавшиеся p - n-переходы подается электрическое смещение. Имеющиеся в окисле дефекты выявляются по соответствующему контрасту в изображении. Достоинства и недостатки данного метода аналогичны предыдущим.