способ контроля качества химической очистки поверхности полупроводниковых кремниевых пластин в растворах с рн>7

Формула изобретения

Способ контроля качества химической очистки поверхности полупроводниковых кремниевых пластин в растворах с рН>7, включающий изготовление контрольной кремниевой пластины, имеющей легированную область с измеренным электрическим поверхностным сопротивлением, химическую очистку контрольной пластины в растворе с рН>7 и определение изменения электрического поверхностного сопротивления легированной области контрольной кремниевой пластины, при этом изменение электрического поверхностного сопротивления должно составлять 1,0-15% от исходного значения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем (ИМС).

Технология изготовления интегральных микросхем заключается в том, что на основе легированных областей кремния создаются биполярные и МОП-транзисторы, выпрямляющие и омические контакты, резисторы и конденсаторы, которые являются активными элементами интегральных микросхем. От параметров легированных областей (обедненные или обогащенные приповерхностные слои полупроводника) зависят характеристики активных элементов. Точное управление толщиной легированных областей и концентрацией активных примесей в них, а также отсутствие загрязнений металлов и микрочастиц позволяют получить воспроизводимые параметры интегральной микросхемы и повысить ее надежность.

По мере повышения степени интеграции ИМС и уменьшения топологических проектных норм толщины пленок легированных областей, образующих активные элементы, значительно снижаются и составляют сотни и даже десятки ангстрем. В процессе изготовления интегральной микросхемы такие приповерхностные области, которые в сравнении с не легированными областями кремния являются более химически активными, могут подвергаться воздействию различных факторов при выполнении последующих операций технологического маршрута и изменять свои характеристики. В связи с этим исключение вредного воздействия последующих технологических операций на легированные области кремния является одной из основных задач технологии производства интегральных микросхем.

Любой тип химической очистки поверхности полупроводниковых кремниевых пластин в блоке создания активных элементов ИМС должен обеспечить следующие параметры качества:

- полное удаление механических загрязнений (микрочастиц);

- полное удаление металлических загрязнений;

- отсутствие химического взаимодействия используемого раствора с легированными областями кремния.

Операции химической очистки поверхности кремниевых пластин, связанные с применением растворов с рН>7 (перекисно-аммиачные растворы, растворы для удаления полимера и т.д.) при определенных условиях также могут взаимодействовать с легированными областями кремния. При этом в щелочных средах происходит травление кремния по реакции:

Si+2OH ^-+Н₂O=SiO₃ ^2-+2Н₂

Только правильный выбор параметров техпроцесса очистки (состав раствора, температурные и временные режимы и т.п.) позволяет исключить химическое воздействие растворов с рН>7 на легированные области кремния, обеспечить стабильность их параметров в процессе очистки, как следствие, повысить надежность изготовленных ИМС.

В настоящее время решение этой задачи затруднено из-за того, что существующие способы контроля не позволяют проконтролировать воздействие раствора на легированные слои кремния.

Каждый из существующих способов контроля качества химической очистки обеспечивает возможность контроля только по одному параметру:

- содержание микрочастиц (привнесенная дефектность методом светящихся точек с использованием оптического микроскопа или с использованием лазерного анализатора поверхности пластин типа Surfscan);

- содержание металлических примесей (метод Оже-спектроскопии).

Однако данные методы не могут оценить степень воздействия раствора на легированные области кремниевых пластин и изменение параметров легированных областей в процессе химической очистки.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является разработка способа контроля качества химической очистки поверхности кремниевых пластин, который позволит оценить степень воздействия раствора на легированные области кремния на основании установленных закономерностей изменения поверхностного сопротивления. В сочетании с существующими способами контроля этот способ позволит провести правильный выбор процесса химической очистки и режимов его проведения на любом этапе изготовления интегральной микросхемы.

Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля качества химической очистки поверхности полупроводниковых кремниевых пластин в растворах с рН>7 включает изготовление контрольной кремниевой пластины с измеренным электрическим поверхностным сопротивлением в легированной области, химическую очистку контрольной пластины в растворе с рН>7 и определение изменения электрического поверхностного сопротивления в легированной области контрольной пластины, при этом изменение электрического поверхностного сопротивления должно составлять 1,0-15% от исходного значения.

В качестве примера реализации заявляемого способа проведены исследования контроля качества кремниевых пластин после химической очистки в перекисно-аммиачном растворе. Для этого были изготовлены 16 контрольных кремниевых пластин. Для изготовления контрольных пластин были взяты кремниевые подложки КДБ12 диаметром 150 мм, на которых были выполнены следующие технологические операции:

1) ионное легирование фосфором с энергией ионов Е=60 кэВ и дозой Д=800 мкКл;

2) высокотемпературная обработка в среде азота при температуре 900°С в течение 30 минут (отжиг, необходимый для стабилизации имплантированных слоев кремния и активизации примеси);

3) травление пленки диоксида кремния в травителе состава HF:H₂O=1:10 в течение 2 минут;

4) измерение электрического поверхностного сопротивления в легированной области.

Каждая контрольная пластина проходила очистку в техпроцессе, состав раствора и режимы которого приведены в таблице. После проведения техпроцесса очистки производился контроль качества очистки по следующим параметрам:

1) изменение электрического поверхностного сопротивления в легированной области;

2) привнесенная дефектность;

3) содержание примесей металлов.

Измерение электрического поверхностного сопротивления проводили на измерителе Omni RS в 9 точках на пластине и рассчитывали среднее значение. Изменение поверхностного сопротивления после выполнения процесса химической очистки определяли по формуле

=(Rs_кон-Rs_исх)100%/Rs_исх ,

где - значение изменения поверхностного сопротивления в процессе химической очистки, %;

Rs_исх - среднее значение электрического поверхностного сопротивления контрольной пластины перед проведением химической очистки. Ом/ ;

Rs_кон - среднее значение электрического поверхностного сопротивления контрольной пластины после проведения химической очистки, Ом/ . Результаты измерений поверхностного сопротивления до и после выполнения процесса очистки и изменение поверхностного сопротивления за счет процесса очистки приведены в таблице.

Для определения допустимого значения изменения электрического поверхностного сопротивления после химической очистки были взяты 16 пластин изделия (интегральная микросхема IZ6093) после формирования n₊- стоков. Каждая пластина изделия IZ6093 проходила процесс химической очистки одновременно с соответствующей контрольной пластиной (см. таблицу). После выполнения процесса химической очистки на пластинах изделия IZ6093 выполнялись все операции в соответствии с технологическим маршрутом изготовления ИС до операции «Контроль вольтамперных характеристик». На операции «Контроль вольтамперных характеристик» на этих пластинах произведено измерение контактного сопротивления Al-n⁺ (R_Al-n+). В соответствии с технологической документацией значения параметра (R_Al-n+) должно находиться в пределах 0,6-10 кОм. Результаты измерения контактного сопротивления Al-n⁺ (R_Al-n+) на операции «Контроль вольтамперных характеристик» приведены в таблице.

Для определения привнесенной дефектности на каждой контрольной пластине до и после проведения процесса химической очистки измерялась дефектность на лазерном анализаторе поверхности «Surfscan-4500». Площадь дефекта 0,24-10,24 мкм². Привнесенная дефектность рассчитывалась по формуле:

N=N_исх-N _кон,

где N - привнесенная дефектность на пластине;

N_исх - количество микрочастиц на пластине до химической очистки;

И_кон - количество микрочастиц на пластине после химической очистки.

В соответствии с требованиями к качеству очистки полупроводниковых пластин привнесенная дефектность не должна превышать значения 50 частиц на пластину. Полученные результаты по привнесенной дефектности приведены в таблице.

Наличие металлических примесей на поверхности контрольных пластин после проведения химической очистки, измерения электрического сопротивления и замера привнесенной дефектности исследовалось методом Оже-спектроскопии с помощью Оже-спектрометра PHI-660. Полученные результаты приведены в таблице.

Как следует из таблицы, изменение режимов обработки и состава раствора сопровождается различным изменением электрического поверхностного сопротивления контрольной кремниевой пластины. Изменение поверхностного сопротивления на величину более 15% от исходного значения приводит к превышению допустимых значений параметра R_Al-n+ и, как следствие, к браку пластин. Изменение поверхностного сопротивления на величину менее 1,0% от исходного значения приводит к превышению допустимых значений привносимой дефектности и оказывает негативное влияние на надежность изготавливаемых интегральных микросхем.

Результаты, приведенные в таблице, показывают, что предлагаемый способ позволяет контролировать качество химической очистки полупроводниковых кремниевых пластин в растворах с рН>7 по изменению электрического поверхностного сопротивления в легированной области кремния, так как установлена взаимосвязь между величиной изменения поверхностного сопротивления контрольной пластины в процессе химической очистки, привнесенной дефектностью процесса очистки и вольтамперными характеристиками интегральной микросхемы.

Таким образом, предлагаемый способ контроля качества очистки поверхности полупроводниковых кремниевых пластин позволяет решить поставленную задачу контроля качества очистки полупроводниковых кремниевых пластин по степени воздействия очищающего химического раствора на легированные области кремния.