П.Г. Демидова
Кафедра микроэлектроники
Измерение параметров пленочных структур
Методические указания
по выполнению лабораторных работ
Ярославль 2004
1
ББК В 379.2я73
И 37
УДК 53:372.8
Составитель С.П. <...> Зимин
Измерение параметров пленочных структур: Метод. указания
по выполнению лабораторных работ / Сост. <...> Предназначены для студентов, обучающихся по специальности
014100 Микроэлектроника и полупроводниковые приборы (дисциплина «Физика тонких пленок и низкоразмерные структуры» блок
ДС), очной формы обучения. <...> П.Г. Демидова
© Ярославский государственный университет, 2004
© С.П. Зимин, 2004
2
Лабораторная работа № 1
Методы измерения толщины
тонких пленок
Цель работы – ознакомление с методами измерения толщины
пленочных структур и глубины залегания p-n переходов при диффузионных процессах. <...> Краткая теория работы
Важное место при производстве интегральных микросхем (ИМС)
занимает контроль толщины эпитаксиальных слоев и глубины залегания p-n переходов диффузионных областей. <...> Наибольшее применение при изготовлении ИМС находят диффузионные области глубиной 1 - 20 мкм и эпитаксиальные слои толщиной 1 - 30 мкм. <...> Трудности измерения таких сравнительно малых толщин заключаются не
только в их размерах, но и в том, что часто необходимо произвести
измерение толщины слоя в сложной структуре, состоящей из нескольких слоев (диэлектрического, эпитаксиального, полупроводникового и т.д.) <...> .
Для измерения толщины эпитаксиальных слоев и глубины диффузионных областей в настоящее время разработан ряд методов, которые можно разделить на разрушающие и неразрушающие. <...> К разрушающим методам относятся методы косого (прямого) шлифа, цилиндрического шлифа (редко применяемого и здесь не
рассматриваемого), сферического шлифа и метод измерения толщины
по размерам дефектов упаковки с применением селективного травления и обычного микроскопа. <...> В практике нашли наибольшее распространение методы косого и сферического шлифов. <...> Метод косого шлифа <...>
Измерение_параметров_пленочных_структур__Методические_указания_по_выполнению_лабораторных_работ.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Кафедра микроэлектроники
Измерение параметров пленочных структур
Методические указания
по выполнению лабораторных работ
Ярославль 2004
1
Стр.1
ББК В 379.2я73
И 37
УДК 53:372.8
Составитель С.П. Зимин
Измерение параметров пленочных структур: Метод. указания
по выполнению лабораторных работ / Сост. С.П. Зимин; Яросл. гос.
ун-т. Ярославль, 2004. 36 с.
В методических указаниях содержатся теоретические сведения и
излагается порядок выполнения лабораторных работ. Выполнено в
соответствии с государственным образовательным стандартом.
Предназначены для студентов, обучающихся по специальности
014100 Микроэлектроника и полупроводниковые приборы (дисциплина
«Физика тонких пленок и низкоразмерные структуры» блок
ДС), очной формы обучения.
Ил. 12. Табл. 1. Библиогр.: 17 назв.
Рецензент: кафедра микроэлектроники Ярославского государственного
университета им. П.Г. Демидова
© Ярославский государственный университет, 2004
© С.П. Зимин, 2004
2
Стр.2
Лабораторная работа № 1
Методы измерения толщины
тонких пленок
Цель работы – ознакомление с методами измерения толщины
пленочных структур и глубины залегания p-n переходов при диффузионных
процессах.
Краткая теория работы
Важное место при производстве интегральных микросхем (ИМС)
занимает контроль толщины эпитаксиальных слоев и глубины залегания
p-n переходов диффузионных областей. Наибольшее применение
при изготовлении ИМС находят диффузионные области глубиной
1 - 20 мкм и эпитаксиальные слои толщиной 1 - 30 мкм. Трудности
измерения таких сравнительно малых толщин заключаются не
только в их размерах, но и в том, что часто необходимо произвести
измерение толщины слоя в сложной структуре, состоящей из нескольких
слоев (диэлектрического, эпитаксиального, полупроводникового
и т.д.).
Для измерения толщины эпитаксиальных слоев и глубины диффузионных
областей в настоящее время разработан ряд методов, которые
можно разделить на разрушающие и неразрушающие. К разрушающим
методам относятся методы косого (прямого) шлифа, цилиндрического
шлифа (редко применяемого и здесь не
рассматриваемого), сферического шлифа и метод измерения толщины
по размерам дефектов упаковки с применением селективного травления
и обычного микроскопа. В практике нашли наибольшее распространение
методы косого и сферического шлифов.
Метод косого шлифа
Метод косого шлифа состоит в том, что пластину в контролируемой
области сошлифовывают под небольшим углом
показано на рисунке 1.
(0,5 - 5°), как
3
α
Стр.3
Рис. 1. Косой шлиф полупроводниковой пластины
(справа). Слева – прямой шлиф
Изготовленный шлиф, если слои трудноразличимы, окрашивают
специальными травителями. После окрашивания измеряют линейные
размеры l1 и l2 соответствующих слоев шлифованной поверхности в
направлении шлифа с помощью измерительного микроскопа. Толщины
слоев определяются выражениями
d1 = l1 sin
; d2 = l2 sin
.
(1)
В случае достаточно толстых пленок толщина их может быть
определена методом прямого шлифа (см. рис. 1), когда измерительным
микроскопом непосредственно измеряются величины d1 и d2. Изготовление
прямого шлифа более простое, чем косого шлифа, но и
оно требует достаточно много времени на абразивную или электрохимическую
полировку для получения контрастной границы.
Косой шлиф обычно изготавливается механическим способом -
шлифовкой и полировкой алмазными пастами. При этом получаются
плоские поверхности с углом скоса до 1°. Однако при измерении
толщины тонких эпитаксиальных слоев (менее 1 мкм) возникает необходимость
изготавливать шлифы с углом скоса менее 1°. Для этой
цели предлагается удобный способ химического травления, схема которого
показана на рисунке 2.
Устройство состоит из нижней емкости 1, держателя 2 с образцом
3, верхней емкости 4 и трубки 5, соединяющей две емкости, и
воздушного насоса 6, в качестве которого служит резиновая груша.
Нажатием груши трубка заполняется травителем из сосуда 4, после
этого начинается произвольное равномерное наполнение емкости 1
травителем из емкости 4. При наполнении емкости травителем различные
участки образца по его высоте травятся разное время, в ре4
α
α
Стр.4
зультате чего угол скоса получаемого шлифа зависит от соотношения
скорости травления и наполнения емкости 1 травителем. Скорость
травления определяется составом травителя. Скорость наполнения
варьируется изменением отношения площади сечения емкости 1 к
поперечному сечению соединительной трубки.
Рис. 2. Устройство для изготовления косого шлифа химическим
травлением: 1 - нижняя емкость; 2 - держатель;
3 - образец; 4 - верхняя емкость; 5 - трубка;
6 - воздушный насос
Угол наклона получаемого шлифа оценивается по соотношению
tg = VТS/SТР√2gH, где VТ – скорость травления; S – площадь сечения
нижнего сосуда; SТР – площадь сечения трубки; g – ускорение свободного
падения; Н – разность высот начальных уровней травителей
в верхнем и нижнем сосудах. Высокая равномерность скорости наполнения
нижнего сосуда травителя обеспечивает ровную поверх5
α
Стр.5