Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРИГОДНОСТИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРИГОДНОСТИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРИГОДНОСТИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к технологии производства интегральных микросхем и позволяет производить контроль качества исходных кремниевых пластин на начальном этапе. Целью изобретения является осуществление возможности прогнозирования количества годных приборов заданного типа. Предлагаемый способ контроля пригодности монокристаллических кремниевых пластин включает в себя облучение пластин ИК-светом в диапазоне 0,5 - 5,0 мкм, определение коэффициента пропускания и прогнозирование количества годных приборов заданного типа, получаемых на этих пластинах, на основе предварительно установленной корреляционной зависимости между коэффициентом пропускания и количеством годных приборов. 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2009573
Класс(ы) патента: H01L21/66
Номер заявки: 4929635/25
Дата подачи заявки: 22.04.1991
Дата публикации: 15.03.1994
Заявитель(и): Научно-исследовательский институт молекулярной электроники
Автор(ы): Зайцев Н.А.; Красников Г.Я.; Лискин Л.А.; Медведев А.И.; Яницкий В.К.
Патентообладатель(и): Научно-исследовательский институт молекулярной электроники
Описание изобретения: Изобретение относится к технологии производства интегральных микросхем и позволяет проводить контроль качества исходных кремниевых пластин на этапе формирования партий.
Известен способ определения концентрации примесей в кремнии, заключающийся в том, что с помощью ИК-Фурье-спектрометрии определяют распределение концентрации примеси по глубине кристалла, измеряя характеристику зависимости плазменной частоты от угла падения при отражении и поглощении ИК излучения [1] .
Недостатком данного способа является то, что наряду с возможностью определять тип примеси с достаточно высокой концентрацией, например, фосфора, кислорода, бора, способ не позволяет осуществлять контроль таких примесей как медь, натрий и ряда других, концентрация которых в кремнии невелика. Высокая трудоемкость и сложность оборудования не позволяет использовать этот способ в условиях серийного производства.
Кроме того, данный способ не позволяет контролировать плотность структурных дефектов в кремнии.
Широко используется для контроля структурных дефектов метод просвечивающей электронной микроскопии [2] .
Данный метод позволяет определять плотность структурных дефектов на образцах толщиной 1 мкм. Однако данный метод не позволяет оценивать концентрацию примеси. Существенным недостатком данного метода является также то, что он разрушающий и трудоемкий (требует уменьшения толщины кремниевой пластины с 500 мкм до 1 мкм) и поэтому может быть использован для исследовательских целей.
Предложен способ контроля примеси кислорода в кремнии [3] . Известно, что качество ИС существенно зависит от концентрации кислорода в кремнии. Количество кислорода в данной работе предлагается оценивать по поглощению ИК-излучения на частоте ν= 1˙107 см-1 с помощью ИК-спектрометра и не требует такого сложного оборудования как для ИК-Фурье-спектрометрии, чем частично устраняется недостаток способа, описанного выше.
Данный способ можно принять за прототип предлагаемого изобретения. Недостатком прототипа является ограничение по виду контролируемой примеси и невозможность оценки плотности структурных дефектов в кремнии.
Таким образом, недостатком всех известных ранее способов контроля качества кремниевых пластин является то, что ни один из них не дает комплексной оценки структурно-примесного состояния пластин. Кроме того, все они предназначены для исследовательских целей, требуют сложного оборудования, не технологичны и поэтому не могут быть использованы для экспресс-контроля.
Целью изобретения является осуществление возможности прогнозирования количества годных приборов заданного типа, получаемых на данной пластине.
Цель достигается за счет того, что в способе контроля качества кремниевых пластин, включающем облучение пластины ИК-излучением и измерение его характеристик, облучение проводят в диапазоне длин волн 0,5-5 мкм, в качестве параметра излучения по величине пропускания измеряют коэффициент пропускания, предварительно на контрольных партиях устанавливают корреляционную зависимость между коэффициентом пропускания и количеством годных приборов, а прогнозирование осуществляют по коэффициенту пропускания ИК-излучения на основе этой зависимости.
Величина потока ИК-излучения, проходящего через кремниевую подложку, имеет корреляционную связь с рядом электрофизических параметров, влияющих на процент выхода годных кремниевых микросхем, изготовленных на этих подложках. Такая корреляционная связь обусловлена тем, что поглощение ИК-излучения с энергией меньше ширины запрещенной зоны полупроводника (Е<E>g = 1,12 эВ, что соответствует длине волны λ= 1,1 мкм), характеризует структурно-примесное состояние подложки.
Поглощение ИК-излучения с длиной волныλ ≥ 1,1 мкм происходит в результате ионизационных процессов, протекающих в объеме кремниевой пластины. Наличие дефектов и всего комплекса примесей, в том числе и с малой концентрацией в структуре полупроводника, приводят к появлению в запрещенной зоне энергетических уровней с энергией ионизации E ≈1/2 Eg, способных поглощать ИК-излучение с λ ≥ 1,1 мкм. Кроме того, данные уровни после ионизации становятся центрами, обеспечивающими непрямой переход зона-зона, что также приводит к росту поглощения ИК-излучения. Известно, что наличие свободных электронов в зоне проводимости дает спектр поглощения в диапазоне 0,25-0,85 эВ вследствие рассеяния электронов на дефектах кристаллической решетки.
Видимая часть спектра излучения с длиной волны 0,5-1,1 мкм (E > Eg) поглощается полностью в приповерхностном слое полупроводника при забросе электронов из валентной зоны в зону проводимости, в результате чего концентрация электронов в зоне проводимости в приповерхностной области существенно возрастает и приводит к росту рассеяния излучения с длиной волны λ ≥ 1,1 мкм на свободных носителях. Таким образом, наличие видимого света в спектре излучения увеличивает поглощение инфракрасной части спектра в приповерхностной области кремниевой подложки и при контроле качества пластины позволяет оценивать вклад поверхности, что важно, так как приповерхностный слой в основном определяет электрофизические свойства ИС.
Предлагаемый способ, включающий облучение в области видимого света, может позволить оценить объемную и поверхностную составляющие поглощения ИК-излучения и определить таким образом структурно-примесное состояние объема и поверхности пластины.
Минимальная длина волны λ = 0,5 мкм, соответствующая энергии кванта E≈2,5 эВ, выбрана потому, что плотность состояний в валентной зоне такова, что основная часть электронов находится в области 5 эВ вблизи ее потолка, и при используемых в данном способе интенсивностях излучения число электронов на уровнях с энергией менее 2,5 эВ значительно превосходит число квантов света, т. е. происходит переход зона-зона максимально возможного при данной интенсивности числа электронов.
Максимальная длина волны λ = 5 мкм (E = 0,25 эВ) обусловлена тем, что поглощение квантов ИК-излучения с энергией меньше 0,25 эВ может происходить лишь за счет ионизации донорных уровней вблизи зоны проводимости, но так как при температуре Т = 300 К наблюдается значительное обеднение этих уровней, то поглощение излучения с λ > 5 мкм будет незначительным.
Возможность отбора пластин по величине пропускания ИК-излучения, обеспечивающего повышение процента выхода годных микросхем, изготавливаемых на этих пластинах, обусловлена тем, что:
исходные кремниевые пластины различаются по содержанию неконтролируемых примесей и дефектности;
структурно-примесное состояние пластин влияет на процент выхода годных микросхем;
использование непрерывного спектра излучения в диапазоне длин волн 0,5-5,0 мкм позволяет контролировать весь комплекс структурных дефектов и примесей в кремнии.
Для различных типов микросхем величина пропускания, используемая в качестве критерия отбора пластин, может различаться и определяется экспериментально.
П р и м е р. Возможность оценки качества кремниевых пластин по данному способу была проведена на базе серийного производства КМОП СБИС 537РУ2 завода "Микрон". Для исследования использовались кремниевые пластины КЭФ-4,5 с ориентацией кристаллографических плоскостей <100>, из которых формируют экспериментальную партию, в состав которой вошли 25 пластин с низким и 25 пластин с высоким значением пропускания ИК-излучения. Контроль пропускания ИК-излучения осуществляют на действующем макете прибора, где в качестве источника излучения используют лампу накаливания с вольфрамовой нитью, разогретой до температуры Т= 1300оС. ИК-излучение, проходящее через пластину, фиксируют с помощью фотодиода. На этих пластинах были изготовлены по стандартной КМОП технологии микросхемы 537 РУ2. В таблице приведены значения величины пропускания ИК-излучения для каждой из пластин и соответствующее число годных ИМС. Видно, что среднее количество годных микросхем на пластинах с пропусканием более 70% значительно выше по сравнению с пластинами, имеющими величину пропускания менее 70% . Проведенные исследования показали, что за счет отбраковки пластин по предлагаемому способу можно повысить выход годных микросхем на 7% .
Таким образом, основными преимуществами предлагаемого способа являются:
возможность комплексного контроля структурно-примесного состояния кремниевых пластин за счет использования электромагнитного излучения с непрерывным спектром 0,5-5 мкм;
возможность оценки объемного и приповерхностного структурно-примесного состояния кремниевых пластин благодаря использованию в спектре излучения видимого света с энергией выше E = 1,12 эВ;
возможность отбора кремниевых пластин по величине пропускания ИК-излучения, обеспечивающего прогнозирование количества годных СБИС на отобранных пластинах. (56) 1. Заявка Японии N 1-50936, кл. H 01 L 21/66, G 01 N 21/35.
2. Стоянов И. Г. , Анискин И. Ф. Физические основы просвечивающей электронной микроскопии, М. : Наука, 1972, с. 50.
3. Jnone N and all "Oxygen precepitation in Chochralsky silicon, " Procudings of the 4 International symposium of a silicon materials science and technology, minneapolis, USA, 1981, p. 283-289.
Формула изобретения: СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРИГОДНОСТИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, включающий облучение пластин ИК-излучением, измерение характеристики прошедшего ИК-излучения и оценку пригодности пластины по этой характеристике, отличающийся тем, что, с целью осуществления возможности прогнозирования количества годных приборов заданного типа, получаемых на данной пластине, облучение производят в диапазоне 0,5 - 5,0 мкм, в качестве параметра прошедшего излучения определяют коэффициент пропускания, при этом предварительно на контрольных партиях устанавливают корреляционную зависимость между коэффициентом пропускания и количеством годных приборов, а прогнозирование осуществляют по коэффициенту пропускания на основе корреляционной зависимости.