Введение к работе
Актуальность. Современная радиоэлектроника и вычислительная хника основаны на широком использовании дискретных полупровод-[ковых приборов и интегральных схем. Структуры Si02-Si (пленки Si02 кремниевых пластинах) и создаваемые на их основе структуры металл-исел-полупроводник (МОП) являются основой элементной базы для югих современных дискретных полупроводниковых приборов и инте-альных схем. Высокие требования предъявляются к тонким пленкам 02 на кремнии (толщиной 0,005...0,2 мкм), используемым в качестве ідзатворного диэлектрика в дискретных МОП-транзисторах, приборах с рядовой связью и МОП БИС.
Обеспечение высокого качества продукции и снижение ее себестои->сти в полупроводниковой промышленности может быть достигнуто лько при эффективном контроле за качеством технологического пресса получения пленки БіОг на кремниевых пластинах.
Методы, используемые в полупроводниковом производстве при кон-оле характеристик пленок Si02, основаны на создании МОП-структур: и этом свойства пленок Si02 могут изменяться. При контроле качества енок БіОг на кремнии следует использовать неразрушающие методы.
Одним из неразрушающих методов для исследования и контроля ха-ктеристик пленок Si02 на кремниевых пластинах, получаемых в произ-дственных условиях, является метод зонда Кельвина. При использова-и этого метода измеряется разность потенциалов между измеритель-ім зондом и поверхностью исследуемого образца под зондом бескон-ктным способом. Прибор, измеряющий контактную разность потен-алов методом зонда Кельвина, имеет невысокую стоимость и прост в сплуатаиии.
Таким образом, метод зонда Кельвина целесообразно использовать в ловиях полупроводникового производства при неразрушающем элек-ическом контроле пленок Si02 на кремниевых пластинах.
Цель и основные задачи диссертации. Целью работы является раз-ботка аппаратных и методических средств для неразрушающего элек-ического контроля методом зонда Кельвина пленок SiO:, получаемых в <нологнческнх процессах термического окисления кремниевых плани для создания подзатворного диэлектрика в МОП-транзисторах и ЭП БИС.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные
ІДЧИ.
1. Разработка и создание аппаратных средств для автоматизирован-го измерения в последовательные моменты времени потенциала по-
верхности окисленных кремниевых пластин неразрушающим методі зонда Кельвина.
-
Разработка математической модели процесса разряда поверхнос пленки Si02 на кремниевой пластине в условиях применения метода зо да Кельвина.
-
Разработка аналитических методов для определения параметрі токопрохождения в пленке SiCb с использованием результатов измерен: методом зонда Кельвина потенциала ее поверхности.
-
Выбор электрических параметров для контроля качества плені SiCh на кремнии, используемых в качестве подзатворного диэлектрика производстве МОП-транзисторов и МОП БИС.
-
Разработка методики контроля качества пленки Si02 на кремнии производстве МОП-транзисторов и МОП БИС.
Научная новизна полученных в диссертационной работе результ тов заключается в следующем.
-
Разработана макроскопическая модель процесса разряда поверхи сти пленки Si02 на кремниевой пластине в условиях измерений методе зонда Кельвина. Процесс разряда предварительно положительно зар женной поверхности пленки S1O2 описан дифференциальным уравнение с учетом туннельной и омической составляющих тока, протекающего ч рез пленку SiOi.
-
Получены в аналитическом виде решения модельных уравнени которые с использованием результатов измерений методом зонда Кел вина величин потенциалов поверхности пленки Si02 позволяют онред лить параметры токопрохождения в пленке Si02 на кремниевой пластин
-
Получены аналитические выражения для расчета с использован см экспериментальных данных значений потенциального барьера щ ю электронов на границе раздела пленка Si02 - кремний, величин плотиосі тока, протекающего через пленку SiO? при разряде ее поверхности, вклада омической составляющей в общий ток.
-
Впервые при неразрушающем контроле качества пленок Si02 1 кремниевых пластинах применен метод зонда Кельвина, позволяют! определить величину потенциального барьера на границе раздела Si02-: и омическую составляющую электропроводности пленки Si02.
Практическая значимость.
-
Разработаны аппаратные средства для измерения потенциала з ряженной поверхности окисленных кремниевых пластин в последов тельные моменты времени.
-
Разработана методика анализа результатов измерений потенциале поверхности окисленных кремниевых пластин в последовательные Мі
іЄнтьі времени с целью определения величины потенциального барьера [ля электронов на границе пленки Si02 с кремнием и параметров тока іазряда поверхности пленки Si02.
3. Предложено оценивать качество пленок Si02 на кремниевых платинах в производстве полупроводниковых приборов и интегральных :хем по величине потенциального барьера для электронов на границе !i02-Si и величине омической составляющей электропроводности пленки
;ю2.
Практическая реализация результатов работы.
Разработанная автором установка для измерения потенциала заря-кенной поверхности окисленных кремниевых пластин в последователь-іьіе моменты времени методом зонда Кельвина и методика обработки юлучаемых экспериментальных данных применяются на Воронежском аводе полупроводниковых приборов при контроле качества технологи-іеского процесса термического окисления кремния при создании подза-ворного диэлектрика мощных МОП-транзисторов (КП707, КП812) и ЛОТІ БИС (К1830ВЕ51, К1830ВЕ31) и в Воронежском государственном 'ниверситете при выполнении научных работ.
Основные положения и результаты, выносимые на зашиту.
-
Аппаратные средства для реализации метода зонда Кельвина с це-іью неразрушающего электрического контроля подзатворпого диэлек-рика из пленок Si02 на кремнии в условиях полупроводникового произ-юдства.
-
Макроскопическая модель процесса разряда предварительно по-южителыю заряженной поверхности пленки Si02 на кремниевой пласти-іе, учитывающая туннельную и омическую проводимость в пленке Si02.
-
Методика анализа результатов измерений потенциалов поверхно-;ти окисленных кремниевых пластин с целью определения величины по-енциального барьера для электронов на фан и це пленки Si02 с кремние-тй пластиной и параметров тока разряда поверхности пленки SiO?.
-
Способ оценки в производственных условиях качества пленки Si02 іа кремнии с использованием величин потенциального барьера для элек-ронов на границе пленки Si02 с кремнием и величины омической составляющей электропроводности пленки Si02, определяемых с помощью метода зонда Кельвина.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы юкладывались и обсуждались на Межвузовской научно-технической сонференции "Микроэлектроника и информатика -96" (г. Москва, 1996) и іа Всероссийской научной конференции "Современные методы подго-
товки специалистов и совершенствование систем и средств наземно обеспечения авиации", (г. Воронеж, 1997).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве/ ния, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего наименований. Диссертация содержит 134 страниц машинописного те ста, 14 рисунков, 10 таблиц.
