pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2018-9-1-74-84pimi-370Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsОЦЕНКА РАЗМЕРОВ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ДЕФЕКТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУРESTIMATION OF TOPOGRAPHIC DEFECTS DIMENSIONS OF SEMICONDUCTOR SILICON STRUCTURESСенькоС. Ф.SiankoS. F.

Адрес для переписки:  Сенько С.Ф.– Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси, ул. Купревича, 10, г. Минск 220114, Беларусь.     e-mail: senkosf@tut.by

Address for correspondence: Sianko S.F. – Physical-Engineering Institute of the National Academy of Sciences of Belarus Kuprevich str., 10, Minsk 220141, Belarus.    e-mail: senkosf@tut.by

senkosf@tut.byЗеленинВ. А.ZeleninV. A.Физико-технический институт Национальной академии наук БеларусиБеларусьPhysical-Engineering Institute of the NAS of BelarusBelarus201820032018917484Copyright © Сенько С.Ф., Зеленин В.А., 20182018Сенько С.Ф., Зеленин В.А.Sianko S.F., Zelenin V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/370

Влияние неплоскостности полупроводниковых пластин на характеристики изготавливаемых приборов проявляется через расфокусировку изображения топологии формируемой структуры и снижение разрешения при проведении операций фотолитографии. Для качественного контроля неплоскостности широко используется метод Makyoh топографии, который однако не позволяет получить количественные характеристики наблюдаемых дефектов, что существенно ограничивает его применение. Цель данной работы заключалась в разработке методики расчета размеров топографических дефектов пластин со сформированными на них полупроводниковыми структурами, что позволило установить критерии годности пластин в зависимости от размеров дефектов и проводить их своевременную отбраковку.

В основу разрабатываемой методики расчета положен вывод соотношений, связывающих искажение элементов изображения с кривизной локальных участков полупроводниковой пластины со сформированными на ней структурами. Данные структуры рассматривались как конечные элементы изображения, в пределах которых радиус кривизны поверхности принимался постоянным. Последовательное вычисление отклонения края элементов от идеальной плоскости на основании определения радиуса их кривизны позволило получить геометрический профиль контролируемой поверхности в выбранном ряду элементов. Определены условия формирования изображений и требования к структурам.

The effect of non-flatness of semiconductor wafers on characteristics of manufactured devices is shown through defocusing of an image of a topological layout of a structure being formed and through reduction of resolution at photolithographic processing. For quality control of non-flatness the Makyoh method is widely used. However, it does not allow obtaining quantitative characteristics of observed defects, which essentially restricts its application. The objective of this work has been developing of a calculation method for dimensions of topographic defects of wafers having semiconductor structures formed on them, which has allowed determining acceptability criteria for wafers, depending on defects dimensions and conducting their timely penalization.

A calculation method under development is based on deduction of relationships linking distortion of image elements to curvature of local sections of a semiconductor wafer that has formed structures. These structures have been considered to be image finite elements and within this range the curvature radius has been assumed to be constant. Sequential calculation of deviation of element ends from ideal plane based on determining their curvature radius has allowed obtaining geometry of a target surface in a set range of elements. Conditions of image formation and requirements to structures have been determined.

Analytical expressions relating a deviation value of elements of a light-to-dark image with surface geometry have been obtained. This allows conducting effective quantitative control of observed topographic defects both under production and research conditions. Examples of calculation of topographic defects of semiconductor silicon wafers have been provided. Comparison of the obtained results with the data obtained by conventional methods has shown their complete conformity.

полупроводниковые структурыоптическая топографияколичественный контрольрасчет изображенийsemiconductor structuresMakyoh topographyquantitative characterizationimage calculationReferencesМоро, У. Микролитография. Принципы, методы, материалы / У. Моро ; пер. с англ. : в 2 ч. Ч. 2. – М. : Мир, 1990. – 608 с.Wayne M. Moreau. Semiconductor Lithography. Principles, Practices, and Materials. Plenum Press. New York and London, 1988, 608 p.Pei, Z.J. A study of surface grinding of 300 mm silicon wafers / Z.J. Pei // International Journal of Mashine Tools & Manufacture. – 2002. – Vol. 42 (3) – P. 385–393.Pei Z.J. A study of surface grinding of 300 mm silicon wafers. International Journal of Mashine Tools & Manufacture, 2002, vol. 42 (3), pp. 385–393.Pei, Z.J. Fine grinding of silicon wafers / Z.J. Pei, A. Strasbaugh // International Journal of Mashine Tools & Manufacture. – 2001. – Vol. 41 (5). – P. 659–672.Pei Z.J., Strasbaugh A. Fine grinding of silicon wafers. International Journal of Mashine Tools & Manufacture, 2001, vol. 41 (5), pp. 659–672.Пасынков, В.В. Материалы электронной техники / В.В. Пасынков, В.С. Сорокин. – СПб. : Лань, 2003. – 368 c.Pasynkov V.V., Sorokin V.S. Materialy elektronnoi tekhniki [Electronic technology materials]. St. Petersburg, Lan Publ., 2003, 368 p.Нанотехнологии в электронике / под ред. Ю.А.Чаплыгина. – М. : Техносфера, 2005. – 450 с.Nanotekhnologii v elektronike [Nanotechnology in electronics]. Under red. Yu.A. Chaplygina. Мoscow, Тehnosfera Publ., 2005, 450 p.Sievert, W. New standards improve chemistry between device makers, suppliers / W. Sievert // Semiconductor magazine. – 2000. – Vol. 1. – Iss. 3. – P. 30–34.Sievert W. New standards improve chemistry between device makers, suppliers. Semiconductor magazine, 2000, vol. 1, iss. 3, pp. 30–34.Бохан, Ю.И. Доминирующие факторы лазерного геттерирования кремниевых пластин / Ю.И. Бохан, В.С. Каменков, Н.К. Толочко // Физика и техника полупроводников. – 2015. – Т. 49, вып. 2. – С. 278–282.Bohan Yu.I., Kamenkov V.S., Tolochko N.K. [Dominant factors of laser gettering of silicon plates]. Fizika i tekhnika poluprovodnikov [Physics and technology of semiconductors], 2015, vol. 49, no. 2, pp. 278–282 (in Russian).Сенько, С.Ф. Особенности формирования изображений дефектов при контроле поверхностей методом оптической топографии / С.Ф. Сенько // Микроэлектроника. – 2003. – Т. 32, № 6. – С. 375–385.Senko S.F. [Peculiarities of forming of defects images under surface control by optical topography]. Mikroelektronika [Microelektronics], 2003, vol. 32, no. 6, pp. 375–385 (in Russian).Сенько, С.Ф. Цветовая диагностика топографических дефектов / С.Ф. Сенько, А.С. Сенько // Доклады БГУИР. – Апрель–июнь 2003. – Т. 1, № 2. – С. 103–106.Senko S.F., Senko A.S. [Color diagnostics of topographic defects]. Doklady BGUIR. [Proceeding of the BSUIR], 2003, vol. 1, no. 2, pp. 103–106 (in Russian).Зеленин, В.А. Новые методы и приборы контроля в технологии микроэлектроники / В.А. Зеленин, С.Ф. Сенько // Технологии Физтеха. Юбилейный сборник трудов : в 2 т. Т. 1 / под общ. ред. академик НАН Беларуси С.А. Астапчик. – Минск : ЭКОПЕРСПЕКТИВА, 2003. – С. 234−253.Zelenin V.A., Senko S.F. [New methods and control devices in microelectronics]. Tehnologii Fiztekha. Yubileinyi sbornik trudov [FTI Technology. Jubilee collection works]. In 2 parts. Part.1. Under red. academician S.A. Astapchik. Minsk, EKOPERSPEKTIVA Publ., 2003, pp. 234−253.Riesz, F. Geometrical optical model of the image formation in Makyoh (magic-mirror) topography / Ferenc Riesz // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2000. – Vol. 33. – Р. 3033–3040.Riesz F. Geometrical optical model of the image formation in Makyoh (magic-mirror) topography. J. Phys. D: Appl. Phys., 2000, vol. 33, pp. 3033–3040.Riesz,F.MakyohTopographyfortheStudyofLargeArea Extended Defects in Semiconductors. / Ferenc Riesz // Phys. Stat. Sol. (a). – 1999. – Vol. 171, no. 1. – Р. 403–409.Riesz F. Makyoh Topography for the Study of Large-Area Extended Defects in Semiconductors. Phys. Stat. Sol. (a), 1999, vol. 171, no. 1, pp. 403–409.Riesz, F. Makyoh-topography study of the swirl defects in Si wafers / R. Ferenc, A.E. Pap, M. Ádám, I.E. Lukács // Thin Solid Films. – 2008. – Vol. 516, iss. 22. – Р. 8087–8091.Riesz F., Pap. E.A., Ádám M., Lukács I.E. Makyoh-topography study of the swirl defects in Si wafers. Thin Solid Films, 2008, vol. 516, iss. 22, pp. 8087–8091.Mock, P. How to avoid plastic deformation inGaAs wafers duaring molecular beam epitaxial growth / P. Mock, G.W. Smith // Cryst. Res. Technol. – 2000. – Vol. 35. – P. 541-548.Mock P., Smith G.W. How to avoid plastic deformation inGaAs wafers duaring molecular beam epitaxial growth. Cryst. Res. Technol., 2000, vol. 35, pp. 541−548.Berry, M.V. Oriental magic mirrors and the Laplacian image / M.V. Berry // European Journal of Physics. – 2006. – Vol. 27. – P.109–118.Berry M.V. Oriental magic mirrors and the Laplacian image. European Journal of Physics, 2006, vol. 27, pp. 109–118.Chidambaram, S. Fine grinding of silicon wafers: a mathematical model for the chuck shape / S. Chidambaram, Z.J. Pei, S. Kassir // International Journal of Mashine Tools & Manufacture. – 2003. – Vol. 43 (7). –P. 739–746.Chidambaram S., Pei Z.J., Kassir S. Fine grinding of silicon wafers: a mathematical model for the chuck shape. International Journal of Mashine Tools & Manufacture, 2003, vol. 43 (7), pp. 739–746.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.