УДК 621.315.519 КАРТАВЫХ А.В., ЮРЬЕВА И.М.

ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПОДЛОЖЕК
И ПРИБОРНЫХ СТРУКТУР МЕТОДОМ СОПРОТИВЛЕНИЯ
РАСТЕКАНИЯ

Институт химических проблем микроэлектроники (ИХПМ)
119017, Россия, Москва, Б. Толмачёвский пер., дом 5
тел. (095) 239-9063, факс (095) 953-8869, Email: icpm@girmet.ru

Метод измерения сопротивления растекания точечного микрозонда
(spreading resistance, Rs) [1, 2] поддерживается ASTM и SEMI как стандарт
метрологического обеспечения технологии производства монокристалли-
ческого кремния и приборов на его основе [3, 4]. Метод уникален по диа-
пазону измеряемого удельного сопротивления () и в основном применя-
ется для контроля профилей легирования многослойных приборных
структур любых типов (эпитаксиальных, диффузионных, ионно-
имплантированных). Сегодня Rs - единственный метод прямого контроля
электрофизических характеристик Si с пространственным разрешением, не
уступающим электронной микроскопии [5].
Измерительный комплекс ASR-100C, (Solid State Measurements,
США), - серийный сертифицированный прибор для прецизионного про-
мышленного контроля, оснащенный встроенным компьютером IBM PC и
программным обеспечением SRP2 от производителя [6]. Комплекс успеш-
но работает в ИХПМ и позволяет проводить измерения в шаговом режиме,
с линейным разрешением вплоть до 1 мкм вдоль направления сканирова-
ния длиной до 25 мм. Применяется двухзондовая схема измерения Rs, ко-
гда два идентичных микрозонда перемещаются в цикле вдоль профиля
сканирования. Помимо , для Si и Ge определяется профиль концентрации
свободных носителей заряда (n или p). Эта процедура производится авто-
матически для каждого измерительного цикла. Линейное распределение
Rs, , n (или p) может быть представлено в виде регистрограммы (дискрет-
ной графической функции параметра от координаты или номера шага),
либо в численном (табличном) виде.
Для характеризации подложек применяется прямое сканирование
по плоскости стандартной полированной пластины, обычно вдоль её ра-
диуса. Пример такой регистрограммы дан на рис.1, где прослеживается
тенденция периодичности в распределении , связанная с ростовой неод-
нородностью (стратами) монокристалла Si. Помимо стандартного

Работа частично поддержана РФФИ, грант 03-02-16282

Рис.1. Фрагмент (1 см) регистрограммы распределения по радиусу
подложки КДБ0.02 (100 единичных измерений с шагом 100 мкм).
________________________________________________________________
определения параметра неоднородности по относительному среднеквадра-
тичному отклонению (standard deviation, StD, %), авторами разработана
методика спектрального фурье-преобразования дискретной функции ,
позволяющая выявить, разделить и оценить по величине вклада состав-
ляющие с различным периодом (частотой) осцилляций измеряемой вели-
чины [7]. Эта процедура полезна для оценки влияния различных техноло-
гических факторов (как основных, так и побочных) на ростовой процесс
получения объёмного монокристалла.

Для профилирования многослойных приборных структур
применяется технология косого шлифа (рис.2) с изготовлением фиксиро-
ванного угла скоса от 16' до 60 на станке LP-7. Возможности программ-
ного обеспечения ASR-100C позволяют получать профили легирования
структуры, содержащей до 5 слоёв, без ограничений на тип проводимости
и уровень легирования, с общей толщиной структуры от 1 до 300 мкм. Для
каждого слоя рассчитываются следующие параметры: толщина слоя; сред-
нее и n (или p); глубина залегания электрофизических границ и p-n пере-
ходов; удержанная (имплантированная) доза примеси; поверхностное со-
противление (sheet resistance).
Рис.2. Схема профилирования структуры по косому шлифу: шаговое
разрешение по глубине при =16' достигает 125 ангстрем.



Рис.3. Диффузия при изготовлении Рис.4. Глубокий имплантант бо-
мощных тиристоров в подложки ра в КЭФ, имплантированная до-
КЭФ: 1 - Al; 2 - Ga; 3 - B. Образцы за 11013
-2
см . Образец предостав-
предоставлены ВЭИ (г. Москва).
лен фирмой Motorola.
На рис. 3 и 4 даны примеры профилей концентрации носителей (приме-
сей),
полученных
при
характеризации
приборных
структур-
полуфабрикатов. Образцы предоставлены организациями-заказчиками
измерений на договорных условиях. Хорошо видны возможности и пре-
имущества метода Rs при исследовании слоёв с различным диапазоном
толщин и уровней легирования: в частности, чётко видны позиции p-n пе-
реходов. В настоящее время в ИХПМ разрабатывается методика измере-
ния профилей ультрамелких (≤ 1 мкм) имплантантов. Сопоставление этих
Rs-профилей с масс-спектральными (SIMS) будет представлено непосред-
ственно на Конференции.

1. Mazur R. G., Dickey D. H. // J. Electrochem. Soc. 1966. V.113. No3. P.255.
2. Ehrstein J. R. // Emerging Semiconductor Technology. ASTM STP 960.
Philadelphia, USA. 1986. P.453.
3. ASTM F 525 Measuring resistivity of silicon wafers using a spreading re-
sistance probe // Annual Book of ASTM Standards. V.10.05, published an-
nually in November by ASTM, Philadelphia.
4. ASTM F 672 Measuring resistivity profiles perpendicular to the surface of
a silicon wafer using a spreading resistance probe // ibid.
5. Berkowitz H. L., Burnell D. M., Hillard R. J. et al. // Solid-State Electron-
ics. 1990. V.33. P.773.
6. SPR2 Analysis of ULSI Structures // SSM Technical Report. Pittsburgh,
USA. 1991. 51 p.
7. Картавых А. В., Копелиович Э. С., Мильвидский М. Г. и др. // Кристал-
лография. 1997. Т.42. No 4. С.755.