Способ четырехзондовой дозиметрии ионной имплантации

Номер патента: 9323

Опубликовано: 30.06.2007

Автор: Киселев Владимир Иосифович

Есть еще 6 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

СПОСОБ ЧЕТЫРЕХЗОНДОВОЙ ДОЗИМЕТРИИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ(21) Номер заявки 20040284 Контроль малых доз имплантации мето(22) 2004.04.01 дом двойного легирования. Активируем.(71) Заявитель Научно-исследовательское процессы технол. микроэлектрон. Моск. республиканское унитарное предпригос. ин-т электрон. техн. - М., 1994. ятие Минский НИИ радиоматериаС. 167-177. лов 60100447 , 1985.1786542 1, 1993.(72) Автор Киселев Владимир Иосифович 6069300 , 1994.(73) Патентообладатель Научно-исследова 10172917 , 1998. тельское республиканское унитарное 1467805, 2004. предприятие Минский НИИ радиоматериалов(57) Способ четырехзондовой дозиметрии ионной имплантации, включающий формирование резистивного слоя из легированного полупроводникового материала заданного типа проводимости на однослойной или многослойной структуре, имплантацию ионов в резистивный слой с энергией, обеспечивающей среднепроецированный пробег ионов, не превышающий толщины резистивного слоя, четырехзондовые измерения поверхностного сопротивления резистивного слоя до и после ионной имплантации, построение калибровочной кривой и косвенное измерение по ней дозы ионной имплантации, отличающийся тем, что резистивный слой формируют на высокоомном изолирующем или полупроводниковом слое того же типа проводимости, поверхностное сопротивление которого превышает поверхностное сопротивление резистивного слоя не менее, чем на порядок, Фиг. 1 9323 1 2007.06.30 выполняют четырехзондовые измерения результирующего поверхностного сопротивления резистивного и высокоомного слоев до и после ионной имплантации, а калибровочную кривую строят в виде дозовой зависимости отношения измеренного поверхностного сопротивления после ионной имплантации к своему исходному значению до ионной имплантации. Изобретение относится к операционному контролю в технологии изготовления полупроводниковых приборов, а именно к способам косвенной дозиметрии ионной имплантации,и может применяться в интегральном производстве для повышения воспроизводимости операции ионного легирования дозами менее 11013 см-2. Известен способ контроля низкой дозы имплантированных ионов посредством четырехзондового измерения- общего поверхностного сопротивления (ПС) ионно-легированной полупроводниковой структуры. Первоначально поверхностную область монокристаллической р-кремниевой пластины легируют имплантацией ионов донорной примеси, например,мышьяка, через тонкий слой оксида. Легированный слой отжигают и измеряют его ПС. Затем проводят рабочий процесс легирования подложки ионами примеси того же типа,после чего вновь измеряют ПС. По величинам обоих сопротивлений рассчитываютслоя, образующегося при проведении рабочего процесса. Стабильность воспроизведения полученного значенияпозволяет косвенно оценить точность набранной дозы. Постимплантационный отжиг слоев производят с использованием галогенных ламп в течение 30-300 мин 1. Способ может эффективно применяться только для определения дозы(2 - 5)1010 см-2 тяжелых ионов, причем дающих - или -тип проводимости в полупроводнике. Кроме того,между окончанием процесса внедрения ионов и получением дозиметрического результата происходит достаточно длительная процедура отжига (активации внедренной примеси). Повысить экспрессность, расширить массовый состав тестируемых ионов, а также обеспечить возможность измерения на порядок более низких в сравнении с 1 доз позволяет способ двойного легирования. Способ основан на эффекте изменения проводящих свойств легированных полупроводниковых слоев при радиационном облучении, в том числе ионным пучком низкой интенсивности. Подвижные (свободные) носители заряда электроны или дырки - захватываются радиационными уровнями дефектов, созданными в запрещенной зоне полупроводника, что является физической причиной наблюдаемого возрастания его сопротивления. После рабочего процесса имплантации не требуется активационного отжига внедренной примеси (используется лишь кратковременная (5-10 мин) термообработка при 200-300 С для рекристаллизации нестабильных при комнатной температуре дефектов). Поэтому, наряду с минимизацией промежутка времени до получения измерительной информации, становится возможным контролировать дозы всех типов ионов 2. Практическая реализация способа двойного легирования включает создание планарного резистивного слоя в поверхностной области монокремниевой подложки. Резистивный слой с противоположным по отношению к подложке типом проводимости формируют методом ионной имплантации (первое или предварительное легирование) в сочетании с отжигом внедренной примеси. Резистивный слой изолирован от остальной части подложки обратно-смещенным рпереходом. Далее четырехзондовым методом измеряют ПСрезистивного слоя, после чего в него имплантируют ионы, точность набранной дозыкоторых необходимо в дальнейшем контролировать. Доза первого легирования 1 примерно в 100 раз превышает измеряемую дозувторого легирования. Вновь измеряют ПС и строят калибровочную кривую -, которая является основным инструментом для последующих дозиметрических оценок посредством перевода измеренного после повторной имплантации значенияв дозу. 2 9323 1 2007.06.30 Калибровку любого косвенного способа измерения дозы через параметр Р, функционально (взаимно-однозначно) связанный с дозой, всегда производят одним из альтернативных способов, например с использованием собственного дозиметра прямого измерения дозы установок ионного легирования. Поэтому смысл этого дозиметрического направления заключается не только в измерении фактически набранной дозы, но и, прежде всего,минимизации интервала , любые две дозы из которого неразличимы. Необходимость и широкая реализация такого подхода диктуются конкретными технологическими потребностями современного производства БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем), а именно тем обстоятельством, что процент выхода годных кристаллов определяется воспроизводимостью (повторяемостью) каждой операции. Следовательно, достаточно осуществлять точный контроль за относительной неоднородностью дозы на мишени и относительным изменением дозы от процесса к процессу сама же ее величина имеет практическое значение только с точки зрения постановки задачи технологу. Минимальное регистрируемое относительное отклонение по дозе или случайная относительная погрешность / непосредственно связаны с основной характеристикой любого косвенного способа измерения дозы - чувствительностью. Согласно 2, для ПС, отклоняющегося от своего исходного значения в результате облучения ионами, чувствительностьопределяется как/(1)/В общем случае чувствительность показывает, насколько сильные изменения некоторой физической величины Р могут быть вызваны потоком заряженных или нейтральных микрочастиц различной природы(1)т.е. представляет собой объективную характеристику способа косвенной дозиметрии, не зависящую от точности избранной измерительной методики. Главным недостатком известного способа является принципиальное ограничение по чувствительности, обусловленное характером его калибровочных кривых . Действительно, для функцийлибо-способа двойного легирования выполняется условие 2(1),(3) где- параметр, обобщенно характеризующий уровень радиационной дефектности полупроводника и зависящий от спектрально-энергетических характеристик ионного пучка, а также от соотношениясреднепроецированных ионных пробегов /1 второго (р) и первого (гр 1) легирований. Из (1), (3)1 при любыхи . Условие (2) является следствием ограничения, налагаемого на . При 0,8-0,9 можно добиться значений 1, однако тогда в обедненной области (области пространственного заряда) рперехода создается высокая концентрация - рекомбинационных центров. Это приводит к увеличению токов утечки ( -) рперехода и, соответственно,случайной погрешности измерения . Используя гауссово приближение для профиля распределения дефектов - по глубине х, можно оценить скорость их нарастания-/изменениемобедненной области шириной 3 где х- - глубина залегания рперехода (фактическая граница резистивного слоя в данном способе), , - соответственно, дисперсия распределения и расстояние от поверхности до максимума дефектного профиля, связанные с двумя первыми моментами распределения ионов после второй имплантации р и р соотношениями гдехарактеризует степень пространственного несовпадения двух участков среднестатистического ионного трека в облученной мишени области максимального радиационного повреждения и области заключительной стадии торможения. Экспериментальные и расчетные значениядля конкретных режимов имплантации(энергия, тип иона) и имплантируемых веществ известны из различных литературных источников, например 3,4, и обычно находятся в интервале 0,6-0,9 (Е 20 кэв, легкие ионы с массовым числом а 30) и 0,8 (тяжелые ионы с а 70-80). Так, при внедрении бора (а 11) в 0,7 (Е 40-45 кэв),0,8 (Е 100 кэв). В предположении слабой зависимости суммарных потерь энергии за счет ядерного и электронного торможений от энергии падающих ионов Е в широком диапазоне 10 кэв 1 мэв 4 11,,где через Е 1, Е обозначены энергии первого и второго легирований, соответственно. Тогда,(7) 1 если подлежащий дозиметрии тип ионов одновременно используется в качестве легирующей примеси и на этапе формирования резистивного слоя. Расчет по формулам (4) и(5) дает следующее выражение для -/ Величина -/ достигает наибольшего значения при 1 / 2 , для которого(хр- - р)/(р). Принимая хр-рр, получим 1/, что с учетом (5), (6),(7) соответствует ситуации примерного совмещения по оси х максимума профиля распределения носителей заряда, созданных при первом легировании, и максимума профиля дефектов при втором. Таким образом, резкое нарастание количества центров генерациирекомбинации происходит при 1. Реализованные в 2 критические значения 1 обеспечивают практически бездефектный рпереход, но приводят к существованию верхнего предела по чувствительности. Протяженность вглубь кремниевой пластины областиструктурных дефектов второго легирования можно условно оценить как(9)--. Это значит, что радиационные повреждения кристаллической решеткипрактически полностью сосредоточены внутри резистивного слоя. 4 9323 1 2007.06.30 Второй недостаток известного способа - высокая относительная погрешность измерения дозы, обусловленная каналированием ионов с 11013 см-2 в монокристаллических полупроводниках. Из-за микроотклонений режимов работы системы сканирования ионного луча от заданных этот эффект приводит к разбросу основных характеристик распределения (р, р) внедренной примеси на уровне 6-15 даже в условиях стандартного поворота мишени на угол 7-8 3, 5. Каналированные ионы не испытывают ядерного торможения внутри кристалла, а потому не создают структурных нарушений. Поскольку именно появление атомов, смещенных из узлов кристаллической решетки, является единственной причиной изменения электрических свойств резистивного слоя, невоспроизводимость доли каналированных частиц приводит к резкому ухудшению точности дозиметрии. Для частичного снижения влияния каналирования на однородность дозы ионов, внедренных в легированный активной примесью монокристалл кремния, в 6 применялась защитная маска 2. Но и в этом случае результаты поверхностного топографирования ПС соответствуют случайной относительной погрешности по дозе не менее 1,5 -2,5 . Общая относительная случайная погрешность измерения дозы (/) представляется в виде где (/) - относительная случайная погрешность измерения дозы, связанная с эффектом каналирования, / - относительная случайная погрешность измерения дозы по калибровочной кривой. Задача настоящего изобретения - повышение чувствительности и снижение погрешности измерения дозы. Поставленная задача достигается тем, что в способе четырехзондовой дозиметрии ионной имплантации, включающем создание резистивного слоя из легированного полупроводникового материала заданного типа проводимости на одно- или многослойной структуре, имплантацию ионов в резистивный слой с энергией, обеспечивающей среднепроецированный пробег ионов, не превышающий толщины резистивного слоя, четырехзондовые измерения ПС резистивного слоя до и после ионной имплантации, построение калибровочной кривой и косвенное измерение по ней дозы ионной имплантации, резистивный слой формируют на высокоомном изолирующем или полупроводниковом слое того же типа проводимости, ПС которого превышает ПС резистивного слоя не менее, чем на порядок, выполняют четырехзондовые измерения результирующего ПС резистивного и высокоомного слоев до и после ионной имплантации, а калибровочную кривую строят в виде дозовой зависимости отношения измеренного ПС после ионной имплантации к своему исходному значению до ионной имплантации. Сущность способа четырехзондовой дозиметрии ионной имплантации поясняется фиг. 1, 2, 3. На фиг. 1 показана технологическая тест-структура, в которую имплантируют ионы с дозой , подлежащей измерению в любой точке поверхности тест-структуры на фиг. 2 - калибровочные кривые - функции / предложенного способа на фиг. 3 - зависимость отчувствительности обеих калибровочных кривых фиг. 2. Полупроводниковый резистивный слой 1 с толщинойрасположен на высокоомном слое 2, который представляет собой однородную подложку или выступает в качестве разделительного между резистивным слоем 1 и нижележащей однослойной или многослойной структурой 3, наличие которой, таким образом, не является обязательным. Высокоомный слой 2 может быть изолирующим или полупроводниковым одного типа проводимости с резистивным слоем 1. На поверхности резистивного слоя 1 установлены измерительные зонды 4 (четырехзондовая система любой известной конфигурации) для измерения ПС до 9323 1 2007.06.30 и после облучения потоком ионов 5, создающим область структурных дефектов 6 (заштрихована) на глубину . Дозовые калибровочные кривые / способа, изображенные на фиг. 2, описывают изменение отношения результирующего ПС резистивного 1/ высокоомного 2- слоев к своему исходному значению после имплантации ионов бора с энергией Е 45 кэв в резистивный слой 1 из поликристаллического кремния различной толщины, выращенного при 630 С на диэлектрике (диоксид кремния). Поликремний легирован также методом ионной имплантации с режимами фосфор, Е 150 кэв, 14,51014 см-2 (кривая 7,0,15 мкм) бор, Е 130 кэв, 14,51014 см-2 (кривая 8,0,3 мкм) и подвергнут термическому отжигу при температуре 900 С в течение 20 мин. Для кривых 7 и 8 фиг. 2 рассчитаны соответствующие графики 9 и 10 чувствительностив функции имплантированной дозы(фиг. 3). Изобретение осуществляется следующим образом Резистивный слой 1 формируют одним из известных методов - молекулярно-лучевой эпитаксией, осаждением поликристаллического (аморфного) полупроводника в сочетании с одновременным или последующим его легированием диффузией либо ионной имплантацией. Кроме того, возможно применение ряда прецизионных разработок технологии создания структур кремний-на-изоляторе (КНИ) 7, 8, 9. Высокоомный слой 2 либо создают в подложке на этапе ее изготовления (например,промышленные двухслойные (-) арсенид-галлиевые рабочие пластины типа САГ-2, содержащие высокоомный -буфер с концентрацией носителей заряда 11014 см-3), либо выращивают на поверхности подложки одним из стандартных методов тонкопленочной технологии. Он может также быть синтезирован в объеме однородной подложки с помощью ионной имплантации высокой ( 51017 см-2) дозы ионов кислорода или азота 10. Калибровочные кривые фиг. 2, предназначенные для измерения внедренной дозы,строят по партии изображенных на фиг. 1 тест-структур, всю рабочую поверхность каждой из которых подвергают воздействию потоком ионов 5 с заданным ускоряющим напряжением и различными дозами. С помощью измерителя электросопротивления материалов,содержащего стандартную четырехзондовую головку с токовыми и потенциальными зондами 4, расположенными в линию, как на фиг. 1, или в вершинах квадрата, измеряют ПС резистивного слоя 1 до и после каждого процесса ионной имплантации. Тем самым устанавливают взаимно-однозначное соответствие между дозой и параметром дозы, которое затем используют для косвенного измерения дозы через отношение /, вычисленное по измеренными . В процессе калибровки дозу измеряют непосредственно в установке ионного легирования с помощью цилиндров Фарадея 11, либо другим независимым способом, включая существующие откалиброванные способы косвенной дозиметрии. Как было отмечено выше, это не влияет на точность контроля за относительным разбросом и однородностью дозы и, в итоге, воспроизводимостью всей операции. С целью учета возможного влияния неидентичности технологических условий изготовления каждой из компонент 1, 2, 3 тестструктуры (структур) измерения должны производиться в нескольких точках ее поверхности с последующей обработкой измерительных данных с помощью методов математической статистики. В предложенном способе не используется изоляция резистивного слоя 1 обратным рпереходом. Поэтому создаваемые в области границы раздела слоев 1-2 дефекты не приводят к появлению токов утечки, т.е. ухудшению качества изоляции. Таким образом,снимается ограничение по(0,8-1), существующее в известном способе, аимеет смысл минимального значения , ниже которого 1. Это означает, что глубина повторной имплантации лимитируется сверху только толщинойрезистивного слоя 1. Поэтому энергия тестируемого пучка заряженных частиц - потока ионов 5 - может быть выбрана, в частности, такой, чтобы 1 или, через (5), 6 если резистивный слой 1 создается предварительным ионным легированием. При заданных Е, а соотношения (5), (6), (7), (11) определяют энергетический режим (1) этой технологической операции. Условия (11) и (11) обеспечивают наилучшее совпадение двух глубинных профилей распределения носителей заряда (х) после первой имплантации и центров их захвата(дефектов) - после второй. Центрами захвата являются нестабильные точечные дефекты, которые обычно отжигаются уже при 250 С, а также их комплексы и соединения с примесными атомами, устойчивые при этой температуре. В результате 2/20 идостигает своей максимальной величины, превышающей критическое значение (1) способа двойного легирования. Причувствительность снова падает как из-за рассовмещения указанных профилей концентрации, так и вследствие потери части имплантированной примеси в высокоомном слое 2 изолятора или полупроводника. Верхняя граница , когда изобретение еще имеет преимущества поперед известным способом, определяется таким же, как и при , симметричным взаимным смещением по х распределений о(х) и -, но для ЕЕ 1. Учитывая (5), (6), (11) 1 2. Дозиметрия с 1 реализуется и в ситуации, когда профиль легирования резистивного слоя 1 является квазиравномерным. Такое распределение легирующей примеси может быть получено, например, в ходе эпитаксиального наращивания или после высокотемпературного термического отжига поликристаллического полупроводника за счет ускоренной диффузии примесных атомов по границам кристаллитов (зерен) 12, 13. Тогда величина 2/2 также положительна независимо от Е 14. Однако если исходная концентрация основных носителей заряда о(х) постоянна по глубине х резистивного слоя 1 или модуль ее приведенного безразмерного градиента/1 при любом х, на точности косвенного измерения дозы по калибровочной кривой может негативно сказаться технологическая неоднородность / толщины выращенного резистивного слоя 1 в различных точках его поверхности. В случае о(х), известное выражение для ПС легированных полупроводниковых слоев 5 т.е. относительный разброс измеренных значенийпо площади тест-структуры, обусловленный неравномерностью , соответствует /. 9323 1 2007.06.30 В(13) и (13) о(х) - локальная проводимость при фиксированном х, которая соотносится с о(х) как где 1 - степенной показатель, характерный для определенных интервалов(охватывающих обычно 2-4 порядка) данного полупроводникового материала, зависящий также от типа проводимости последнего. Так, в р-0,70,1101651018 см-3 в 0,77,5101611019 см-3. Неоднородность толщины / представляет собой дополнительную составляющую случайной погрешности, которая, например, для пленок может достигать нескольких , в зависимости от среднего размера и плотности упаковки зерен 15. После имплантации ионов с дозойи радиационного захвата части свободных носителей заряда концентрация (, ), а также локальная проводимость (, ) изменяются с глубиной, поскольку вносимый профиль дефектов уже не является равномерным. При этом связь между ,иостается аналогичной (13) и (15), а дляпри /0 справедливо представление (14)(, ) скорость удаления - (р-) носителей заряда с дозой , - нормированная плотность распределения радиационных дефектов по глубине безотносительно к их типу. Тогда 1 Выбирая в качестве Р величину / с той же чувствительностьюк дозе, что и при Р, и принимая во внимание (1), получим связь между технологической невоспроизводимостью толщины резистивного слоя 1 и вызываемой ею погрешностью измерения Р( ) Здесь- чувствительность Р к , определяющая степень влияния разброса толщины на параметр дозы. Из (15), (16), (17), (18) следует Отсюда 0, если локальная проводимость у границы раздела (х) близка к своему среднему по всему резистивному слою 1 значению. Поэтому наибольшее количество дефектов должно располагаться на глубине (0,7-0,8) , что, исходя из (5) и приведенных выше реальных значений , приблизительно соответствует оптимальному(20),при котором рассмотренная дополнительная случайная погрешность измерения , отсутствующая в известном способе, также становится несущественной. Относительная случайная погрешность измерения Р/ выражается через соответствующие относительные случайные погрешности /, / следующим образом Величина , таким образом, представляет собой верхнюю границу глубины ионной имплантации в резистивный слой 1 независимо от профиля его легирования. Поэтому, в отличие от известного способа, область 6 структурных дефектов распространяется на весь резистивный слой 1 и может захватывать часть высокоомного слоя 2, если он также полупроводниковый. Адаптированная к рассматриваемому способу формула (9) тогда приобретает вид(22),т.е., если(в частностипри). Обе экспериментальные зависимости фиг. 2 получены для тест-структур с резистивным слоем 1 из поликремния. Изначально высокий градиент концентрацииимплантированных в - ионов фосфора (кривая 7, -тип) резко снижается в процессе стандартного активирующего отжига 850-900 С, 20-60 мин. Выравниваниепо глубине происходит из-за диффузионного перераспределения (стока) имплантированной примеси из пика своего распределения в области пониженной концентрации. В результате Последующее внедрение ионов в такие тест-структуры должно обеспечивать среднепроецированный пробег , удовлетворяющий (20). При использовании стандартной легирующей примеси р-типа - бора - после отжига в указанных температурно-временных режимах сохраняется распределение внедренных ионов с выраженным максимумом. Поэтому оптимальные условия второй имплантации попрежнему определяются (11) и (11), также обеспечивая 1 (кривая 8). Аналогичное утверждение справедливо и в отношении быстрого термического отжига (импульсного - некогерентного или лазерного), при котором практически не происходит расплывания профиля ионного легирования - для любых активируемых ионов. На фиг. 3 представлены зависимостикалибровочных кривых, относящихся к случаям (20) (кривая 7, р 0,145 мкм 0,15 мкм) и (11) (кривая 8,/10,145 мкм/ 0,10 мкм-10,7). Видно, что в обоих случаях 2/202/20 (выпуклость вниз) и 1, начиная с 4,31011 см-2 (зависимость 9),91011 см-2 (зависимость 10). Таким образом, изобретение не имеет ограничения (2)1, присущего известному способу. Полупроводниковый резистивный слой 1 может также располагаться на высокоомном полупроводнике того же типа проводимости. Тогда верхний слой однослойной или многослойной структуры 3, в свою очередь, может быть изолирующим, проводящим (с запирающим контактом металл/полупроводник) либо полупроводниковым. В последнем случае указанный слой всегда имеет противоположный тип проводимости, иначе он просто должен быть формальным образом идентифицирован как составная часть высокоомного слоя 2. Вследствие наличия слабого влияния последующих слоев структуры 3 (обратная связь по токам утечки), в этом варианте фактически измеряется результирующее ПС резистивного 1 и нижележащих слоев. Однако при моделировании достаточно ограничиться только двумя первыми слоями 1 и 2, через которые протекают прямые токи между измерительными зондами 4. В отличие от тест-структуры с изолирующим высокоомным слоем 2, ПС которой эквивалентно ПС резистивного слоя 1, измеряемое значениеполупроводниковой системы резистивный слой 1/высокоомный слой 2 представляется в виде параллельного соедине 9 9323 1 2007.06.30 ния ПС слоев 1 и 2, соответственно, (1),(2). Зависимость (1) при 11013 см-2 с хорошей степенью приближения моделируется экспоненциальной функцией 14, когда начальное распределение концентрации основных носителей заряда в резистивном слое 1 близко к однородному, либо выполнены условия (11), (11). Исходя из сказанного,(1).Здесь(1)/(2),- параметр облучения, имеющий тот же смысл, что ив (3) для ионно-легированных слоев, но с, или для равномерно-легированных в отсутствие . Из (1) и (24) следует взаимосвязь между чувствительностями при наличии высокоомного слоя 2 и без него 1(1)-1,где (1) - решение трансцедентного алгебраического уравнения Совместный анализ (25), (26), (27) показывает, что 1 при 810, т.е. рассматриваемый вид реализации способа обеспечивает измерение дозы и контроль за ее относительными отклонениями от требуемой величины с более высокой, нежели в 2,чувствительностью только при различии в ПС полупроводниковых слоев 1 и 2 не менее,чем на порядок 1)/(2)10). Полученная оценка сделана в предположении, что проводимость полупроводникового высокоомного слоя 2 не изменяется при облучении, т.к. внедренные ионы сосредоточены главным образом в резистивном слое 1. Учет влияния дозы на (2) приводит к дополнительному снижению критического значения . Поэтому данная оценка заведомо включает и случай (2), т.е. является наиболее жесткой (предельной). Если высокоомный слой 2 - изолятор, то на находящийся под ним слой (слои) структуры 3 не накладывается никаих принципиальных ограничений. Практическое отсутствие утечек носителей заряда позволяет обеспечить четырехзондовый контроль(5-50) Ом/ на уровне случайной погрешности измерения в десять и более раз низких ПС, что является проблематичным в известном способе. Независимо от типа проводимости, исходного уровня и профиля легирования полупроводникового резистивного слоя 1, изменение его проводящих свойств описывается обобщенной функцией с двумя варьируемыми параметрами ,16, 17 Значенияимогут быть определены любым из стандартных приемов математического выравнивания, например методом наименьших квадратов. Минимизация суммы квадратов отклонений экспериментальных точек от аппроксимационной калибровочной кривой производится относительно функции Р, задаваемой (28), если абсолютная погрешность измерения ПС слабо меняется с дозой (//0) или относительно функции Р, если тем же свойством обладает /Р/Р. Необходимое условие нарушения ограничения (2) эквивалентно 1. Так, обе зависимости фиг. 2 являются функциями (28) с 0,03010-10 м 210 (экспонента) (кривая 7,0,77) и 0,018410-10 см 23,20 (кривая 8,0,70) Р/Р. 9323 1 2007.06.30 Точность аппроксимации можно считать заведомо удовлетворительной, если с, (/)с - соответственно, абсолютная и относительная погрешности измерения дозы при калибровке способа поэкспериментальным точкам (, )1,2. По определению (1), из (28) следует выражение для чувствительности при 0 1 На практике для нахожденияможно использовать как численное (графическое) дифференцирование, так и расчет по формуле (30). Предложенный способ позволяет исключить явление каналирования за счет создания резистивного слоя 1 осаждением полупроводника в поликристаллическом (аморфном) состоянии. Тем самым снимается принципиальное ограничение известного способа по(/), обусловленное эффектом каналирования, т.е. в формуле (10) остается только одна составляющая случайной погрешности / косвенного измерения дозы по калибровочной кривой. Способ может быть также реализован с резистивным слоем 1, выполненным на основе монокристаллического полупроводника. В этом случае присутствует составляющая случайной погрешности, связанная с эффектом каналирования. Однако сохраняется аналогичная возможность обеспечения значенийах и, как следствие,1 за счет наличия непосредственно под резистивным слоем 1 изолирующего материала или полупроводника, слаболегированного примесью того же типа. Следовательно, и в подобном варианте данный способ в целом превосходит известный. Это обстоятельство резко расширяет технологические возможности и перспективы его промышленной реализации. Речь идет об использовании последних достижений в области КНИ-технологий создания структур с приемлемой воспроизводимостью электрофизических и геометрических свойств 9, 18, 19. В частности, имплантационно-термические технологии получения скрытых диэлектриков. Будучи достаточно высоковоспризводимыми по(минимальное 0,170,005 мкм, / ниже 310), эти технологии с дозиметрической точки зрения имеют преимущества перед пленочными или гибридными. Предложенный способ, как и известный, может использоваться, если вместо тотального легирования исходной пластины формировать изолированную горизонтальную область посредством фотолитографического маскирования части ее площади с целью организации выборочного локального тестирования имплантированной мишени - тест-структуры. Практическая реализация способа четырехзондовой дозиметрии ионной имплантации иллюстрируется следующим примером Исходные однослойные структуры 3 - монолитные пластины кремния КЭФ-1 (111) обрабатывали в перекисно-аммиачном растворе с компонентами 4, 22, 2 в пропорции 117 и освежали в 1 -ном растворе плавиковой кислоты . Окислением пластин в печи СДО-125/3 до толщины 0,12 мкм в сухом кислороде при 1150 С создавали 9323 1 2007.06.30 изолирующий высокоомный слой 2 диэлектрика - диоксида кремния 2. На поверхность 2 в установке Изотрон-3 при давлении 133 Па и температуре 630 С осаждением из газовой фазы, содержащей 70 аргона и 30 моносилана 4, наносили слои поликристаллического кремния толщинами 0,3 мкм 0,15 мкм (два отдельных процесса). Проводили легирование - ионной имплантацией двумя примесями, создающими в кремнии проводимость противоположных типов часть пластин - фосфором Р(-тип,0,15 мкм) с дозой 14,51014 см-2 и энергией Е 150 кэв, обеспечивающей среднепроецированный пробег р 10,06 мкм часть - бором В(р-тип,0,3 мкм) с 1(р)1, 130 кэв, 10,1 мкм. Величина р 1 в обоих случаях меньше соответствующей толщины слоя -. Термически отжигали все пластины в азоте при температуре 900 С в течение 20 мин, завершая формирование резистивного слоя 1 и тест-структур в целом. Отжиг также производили в печи СДО-125/3. В таком температурно-временном режиме активация внедренных ионов фосфора сопровождается падением градиента их концентрации 12 до уровня, определяемого условием (23). Энергиявсех последующих имплантационных процессов в эти тест-структуры должна, в соответствии с (20),обеспечить р. В остальных тест-структурах сохраняется резкий максимум диффузионного перераспределения легирующей примеси - бора, так что выбор энергии второй имплантации (р) здесь осуществляется исходя из условий (11), (11). Дополнительно очищали легированную поверхность тест-структур в 1 -ном -растворе (т.н. освежение) и устанавливали на нее измерительные зонды 4 (четырехзондовую головку) измерителя удельного сопротивления полупроводниковых материалов ИУС-3. Измеряли ПС резистивного слоя 1 (что при наличии изолирующего нижележащего материала равнозначно измерению результирующего ПС слоев 1, 2 тест-структуры) в 20 точках поверхности каждой из тест-структур. Полученные после усреднения по всем точкам образцов фиксированного типа проводимости значения 8,9 кОм/ (-тип)2,8 кОм/ (р-тип). Тест-структуры подвергали облучению потоком ионов 5 бора на промышленной установке ионной имплантации Везувий 3, причем резистивный слой -типа имплантировался в режимах 45 кэв, (р 0,145 мкм), дозы 1,31011 см-2 3,51011 см-2 71011 см-2 91011 см-2 11012 см-2, а резистивный слой р-типа - в режимах (р)45 кэв(р(р)рр 1/0,143 мкм 0,7 4), дозы 51011 см-2 11012 см-2 1,51012 см-2 2,31012 см-2. В каждую тест-структуру внедряли одну дозу. Дважды ионно-имплантированные образцы выдерживали в электрошкафу общепромышленного использования СНОП-3,5.3,5.3,5/3,5-И 1 при 250 С, 15 мин, после чего их вновь освежали. Повторяли процедуру измерения ПС поликристаллической поверхности тестструктур, усредняли измеренные значения по каждому образцу и вычисляли Р/ как отношения средних значений ПС до и после повторной ионной имплантации. По двум полученным множествам экспериментальных точек (, ) и (, ), соответственно обозначенных на фиг. 2 символамии , строили калибровочные кривые 7 и 8 - функции (28),где 0,030 10-10 см 215 с 0,77 (кривая 7) и (р)0,018410-10 см 2 (р)3,20 с 0,7 (кривая 8). Т.к. Р/Р(см. далее), параметры аппроксимации рассчитывали методом наименьших квадратов для точек (, ) и р), Р). Численным дифференцированием калибровочной кривой 7 фиг. 2 по формуле (1) получали зависимость 9 чувствительности способа от дозы , изображенную на фиг. 3. В исходную тест-структуру -типа имплантировали В, ускоряя поток ионов 5 до той же энергии (45 кэв) разностью потенциалов 45 кВ при плотности тока 510-4 мкА/см 2 в течение 5 мин, но с выключенным счетом накопленных зарядовых импульсов дозиметра БИД-8 прямого измерения тока ионов установки ионного легирования. После аналогичных процедур низкотемпературной термообработки, освежения и статистической обработки результатов четырехзондовых измерений ПС 60,0 кОм/ вычисляли Р/60 кОм/ / 8,9 кОм/6,74. Косвенно, т.е. по калибровочной кривой 7 фиг. 2 9323 1 2007.06.30 измеряли соответствующую дозу 8,21011 см-2. Из графика 9 фиг. 3 определяли чувствительность способа 1,9, выше предельно достижимой известным способом. В исходную тест-структуру р-типа при плотности тока 4,510-4 мкА/см 2 в течение 10 мин внедряли ионы В с (р)45 кэв, также предварительно отключив зарядовый счетчик собственного дозиметра установки ионного легирования. Повторив предыдущую последовательность операций с использованием калибровочной кривой 8 вместо 7 по непосредственно измеренному 19,4 кОм/Р 6,93, косвенным образом измеряли 1,751012 см-2. По формуле (30) при(р),(р) рассчитывали(фиг. 3 зависимость 10), и, в частности, 1,51 (второй вариант определения чувствительности). Поликристаллическая структура резистивного слоя 1 исключает случайную погрешность,связанную с эффектом каналирования. Поэтому относительная случайная погрешность измеренияпрактически соответствует паспортным данным ИУС-3 для однократнолегированных слоев (/1,5 ). Тогда относительная случайная погрешность измерения Р, вычисленная через (21), Р/Р 2( 1,5)2. Пересчет указанной величины/ в относительную случайную погрешность измеренных доз ,с использованием (1) дает /-1(/)1,33 , /-1(/)1,05 , что меньше одной только каналированной составляющей (/)а общей величины (/) в известном способе. Производили оценку надежности аппроксимации калибровочных кривых 7 и 8 фиг. 2. Относительная погрешность (/) прямой дозиметрии БИД-8 составляет минимум 4(неравномерность дозы по обрабатываемой поверхности) и постоянна при 6,251010 см-2. Поэтому критерий (29) должен применяться к функциям РР и, для которых /,(/), РР/Р. Чувствительности 0,30 0,82 1,63 2,1 2,3 0,62 1,08 1,38 1,65 по всем 9 дозам калибровки определяли также в соответствии с изложенной в данном примере методикой. Вычисляли характеристические соотношения (левая часть неравенства (29, равные 0,023 / (0,3020,8221,6322,122,32)(0,04)25(0,02)21 (кривая 7,5) и 0,0022 / (0,6221,0821,3821,652)(0,04)24(0,02)20,18 (кривая 8,4), что удовлетворяет (29). Числители обоих характеристических соотношений - это суммы квадратов отклонений по Р точек (, Р) и р), Р) от соответствующих кривых Р, где Р - функции (28). Совокупность реализованных в описанном примере отличительных признаков изобретения позволяет обеспечить четырехзондовую дозиметрию ионной имплантации малыми(ниже 11013 см-2) дозами с повышенной (больше 1) чувствительностью. Кроме того, достигнуто уменьшение числа факторов случайной погрешности измерения дозы. Источники информации 1. Пат. 301837 ГДР, МПК 5 01 21/265. - Опубл. 5.05.1994. 2. Борисова Т.М., Сорокин И.Н., Бурзин С.Б. Контроль малых доз имплантации методом двойного легирования. Активируем. процессы технол. микроэлектрон. Моск. гос. ин-т электрон. техн. - М., 1994. - С. 167-177 (прототип). 3. Комаров Ф.Ф., Новиков А.Л., Соловьев , Ширяев С.Ю. Дефекты структуры в ионно-имплантированном кремнии. - Минск Университетское, 1990. - С. 318. 4. Зи С.М. Технология СБИС. т.1. - М. Мир, 1986. - С. 404. 5. Комаров Ф.Ф. Ионная и фотонная обработка материалов. - Минск ВУЗ-ЮНИТИ,1998. - С. 209. 6.,,,.,.. . .. .. 1996. 29,2-3. - . 191-195. 10.. 4 . .-.,, , . 22-24, 1998.. 1999. 32,1-2. - . 45-49. 11. Москалев В.А., Сергеев Г.И. Измерение параметров пучков заряженных частиц. М. Энергоатомиздат, 1991. - С. 240. 12.,-.,.,,.,.-. ..,, .,. 11-14, 1988 . . -(. .). 1988. - . 238-241. 13. Лукашенко Я.О., Меланьин Д.П. , Быкадорова Г.В. Моделирование процесса легирования молекулярными ионами 2 в КМОП-технологии. Межвуз. науч.-техн. конф. Микроэлектрон. и информат., Москва, 1996 Тез. докл. - М., 1996. - . 63. 14..... . .. . ... . . .. . 1997,291. - . 1-49. 15. Манжа Н.М. Формирование слоев поликристаллического кремния // Электрон. пром-сть. - 2000. -3. - С. 56-60. 16. Киселев В.И., Шуленков А.С. Корреляционный анализ в теории неаддитивных методов косвенной дозиметрии ионной имплантации МатериалыМеждунар. конф. Взаимод. излуч. с тверд. телом, Минск, 2003. - Минск, 2003. - С. 259-261. 17. Киселев В.И. Метод корреляций при исследовании - и- , имплантированного низкими дозами ионов МатериалыМеждунар. конф. Взаимод. излуч. с тверд. телом, Минск, 2003. - Минск, 2003. - С. 362-364. 18. Мордкович В.Н. Структуры КНИ кремний на изоляторе - перспективный материал микроэлектроники // Изв. вузов. Матер. электрон. техн. 1998. -2. - . 4-7, 75. 19. Мордкович В.Н. Структуры КНИ (кремний на изоляторе) и КНИ-приборы // Наука - пр-ву. - 1999. -2. - . 17-20. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.

МПК / Метки

МПК: H01L 21/02, H01L 21/265, H01L 21/66

Метки: ионной, четырехзондовой, способ, дозиметрии, имплантации

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/14-9323-sposob-chetyrehzondovojj-dozimetrii-ionnojj-implantacii.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ четырехзондовой дозиметрии ионной имплантации</a>

Похожие патенты