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.

2.3. Контроль заряда на границе раздела полупроводник - диэлектрик

Структурно поверхность полупроводника состоит из атомов с частично оборванными связями. Эти связи ненасыщенные, что эквивалентно энергетическим состояниям, уровни которых лежат внутри запрещенной зоны и являются акцепторными независимо от типа электропроводности объема монокристалла. Наряду с акцепторными в полупроводнике могут образовываться дополнительные поверхностные состояния в результате адсорбции атомов чужеродных жидких или газообразных веществ. В зависимости от свойств адсорбированных атомов возникающие в запрещенной зоне энергетические уровни могут быть как донорными, так и акцепторными.

Поверхность кремния после любой очистки или непродолжительного соприкосновения с воздухом покрывается пленкой окисла, которая усложняет картину энергетических уровней. Возникают уровни, зависящие от структуры окисного слоя и характера окружающей газовой среды. Все эти уровни получили название поверхностных состояний полупроводника. Плотность поверхностных состояний имеет величину 10¹² - 10¹³ см^–2, а при использовании оптимальных режимов термического окисления ее удается снизить до величины приблизительно 10¹⁰ см^–2. При термическом окислении кремния наблюдается появление положительных зарядов на границе раздела Si - SiO₂ и в объеме диэлектрика.