Спосіб визначення малих доз іонного легування

Даний винахід відноситься до області Мікроелектроніки і може бути використаний як електричний засіб контролю малих доз іонного легування в топології МДН-інтегральних схем с багаторівневими пороговими напругами, або при іонному, легуванні базових шарів тонкоплівкових резисторів і конденсаторів гібридних інтегральних схем. Відомий спосіб вимірювання заряду рухомих Іонів в діелектричній плівці МДН-структур по величині гістерезису між нерівноважними вольтфарадними характеристиками (ВФХ) [1]. Характеристики при цьому знімають після витримки структури при додатних і від'ємних напругах при температурі +150-250оС. Спосіб дозволяє вимірювати концентрацію зарядів по напрузі зміщення CVхарактеристик. Однак, при проведенні таких ьимірювань необхідно нагрівати МДН-структуру, що вносить великі похибки в результати вимірювань. Крім того, вимірювання можна провести тільки для імплантованої домішки, однотипної з домішкою підложки. Це обмежує застосування контрольних пластин по типу провідності. Прототипом даного винаходу є спосіб контролю малих доз Іонного легування, який включає в себе вимірювання нерівноважних імпульсних вольтфарадних характеристик попередньо легованої тестової МДНструктури [2]. Згідно з цим способом контроль малих доз іонного легування проводиться за допомогою модифікованого чотирьохзондового методу вимірювання тонких високоомних напівпровідникових шарів, який базується на використанні простої тестової стр уктури. Тестова- стр уктура в цьому випадку формується на кремнієвій пластині з концентрацією меншою або рівною 10 см домішки протилежного типу провідності по відношенню до вимірюваного шару, з сформованими на ній сильнолегованими областями ("дифузійними зондами"). Тестові структури виготовляють на окремій кремнієвій пластині за таким технологічним маршрутом. На операції формування партії пластин в останню вкладають пластину для тестової стр уктури КЕФ 4,5(100) для ІЛ В+ або КДБ 10(100) для ІЛ Р+. Далі після хімічної обробки проводять окислення під затвор товщиною 1000o o 1100 A . Потім проводять нанесення нітриду кремнію товщиною1500±100 A , після чого методом фотолітографії відкривають вікна "дифузійних зондів" в плівці нітриду кремнію з наступним зняттям фоторезисту. Після травлення плівку окису кремнію і хімічної обробки дифузійним методом легування бором і фосфором формують "дифузійні зонди" до контактів. Використання "дифузійних зондів" практично усуває Дефект "мікроіндектування" і гарантує забезпечення омічного контакту між діффузійними областями і металічними зондами. Потім після зняття боросилікатного або фос-форосилікатного скла проводять травлення маскуючого шару нітриду кремнію до окису кремнію. Далі проводять зонне легування малими дозами з наступною активацією легуючої домішки при Т=9501000°С в атмосфері азоту. Після хімічної обробки поверхні "дифузійних зондів" в окисному травильнику проводять вимірювання поверхневого опору 4-зондовим методом при механічному контакті вольфрамових або стальних зондів з "дифузійними". На основі отриманих даних при зміні дози Іонного легування будують графіки залежності поверхневого опору від дози іонного легування. Використовуючи такі тестові структури, можна контролювати малі дози іонного легування каналів n- або р-каналь-них МДН-транзисторів. До недоліків даного способу слід віднести: - вплив стр умів втрат через р-n-переходи контактів на потенціал підложки, що знижує точність; - вплив хімічної обробки тестової стр уктури при її виготовленні на однозначність заміру; - обмеження дози іонного легування по нижній границі. В основу винаходу поставлено завдання створити спосіб визначення малих доз іонного легування, в якому новий спосіб виготовлення тестових стр уктур дозволив би здійснювати експресний контроль малих доз іонного легування і за рахунок цього підвищити точність контролю. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі визначення малих доз іонного легування, який включає вимірювання нерівноважних імпульсних вольтфарадних характеристик попередньо легованої тестової МДНструктури, згідно з винаходом попереднє легування тестової структури здійснюють іонною імплантацією домішки, яка створює тим провідності, протилежний типу провідності підложки до концентрації, рівної або більшої концентрації домішки в підложці, вольтфарадні характеристики вимірюють на легованій контрольованою дозою домішки і нелегованій частинах тестової стр уктури, прикладаючи до тестової стр уктури імпульси пилоподібної напруги із швидкістю розгортки 102-107 В/с і з полярністю, що переводить поверхню цієї структури Із стану Інверсії (збіднення) до стану збагачення основними, носіями підложки тестової структури, на виміряних характеристиках фіксують порогові напруги, які відповідають мінімальному значенню ємності, а дозу іонного легування знаходять із кількості D електричне активної легуючої домішки, визначеної із залежності Д = DUCok / q , де D U - величина зсуву порогової напруги на легованій і нелегованій частинах тестової структури, Сок - питома ємність шару діелектрика цієї структури, q - заряд електрона. Попереднє легування підложки підсилює амплітуду імпульсів на вольт-фарадних характеристиках, що забезпечує підвищення точності вимірювання малих доз іонного легування Д по величині зсуву порогової напруги DU . На кресленні представлені нерівноважні вольтфэрадні харакретистики і величина зсуву порогової напруги D U у випадку фонової попередньо тестової структури домішками з концентрацією, близькою до концентрації домішки в підложці - а); з концентрацією, значно більшою від концентрації домішки в підложці - б); 1,3 1 2,4 вольтфарадні характеристики, відповідно, на нелегованій і легованій контрольованою дозою домішки частинах тестової структури. Даний спосіб контролю малих доз іонного легування використаний у виробництві при виготовленні структур кристалів схем пам'яті 4К серії КР132. Для робочих і контрольних пластин використовувались кремнієві пластини КДБ-80. Для спостереження чіткового мінімуму ємності на тестових структура х ці пластини попередньо легувались іонною імплантацією домішки електронного типу провідності. Разом з партією робочих пластин o контрольної пластини проходили операції хімобробки, окислення під затвор до товщини окису 1000 A , іонного легування фосфором дозою 0,15 мКкл/см 2 і енергією 100 кеВ, при цьому частин у контрольної пластини закривали екраном. Потім окремо від робочих пластин проводили відпал-стабілізацію тестових структур на контрольних пластинах за режимом: Т=900°С, нагрів в інертному середовищі 9 хвилин, стабілізація фосфором із джерела РОСl3 протягом однієї хвилини і охолодження до кімнатної температури в Інертному середовищі протягом 5 хвилин. Такий режим відпалу-стабілізації забезпечує відтворюваність по процесу і однорідність заряду в окисі по o пластині, хоча приводить до збільшення товщини окису на 20-30 A . Потім на нелегованій 1 легованій контрольованою дозою домішки частинах тестової стр уктури проводили вимірювання нерівноважних Імпульсних вольтфарадних характеристик із швидкістю розгортки 105-10 В/с. Для зміщення поверхні в стан інверсії (збіднення) використовувалось додаткове джерело живлення постійної напруги. Напруга зміщення вольтфарадної характеристики на тестових стр уктура х знаходилась в межах 2,9-3,1 В. Застосування даного способу дозволило управляти процесом іонного легування у виробництві інтегральних схем, тонкоплівкових структур резисторів і конденсаторів для регулювання температурних коефіцієнтів опору і ємності, впевнено реєструвати дози легування більше 0,01 мКкл/см.