ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА КРЕМНИЙ-ДВУОКИСЬ КРЕМНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ЗОНДОВОЙ ЭЛЕКТРОМЕТРИИ

Анализ микронеоднородностей в системе кремний-двуокись кремния становится наиболее актуальным в связи с переходом микроэлектронной промышленности к субмикронным проектным нормам и уменьшением толщины подзатворного диэлектрика. Целью исследования являлось развитие методов неразрушающего контроля полупроводниковых пластин на основе определения электрофизических свойств границы раздела кремний-двуокись кремния и их пространственного распределения по поверхности пластины бесконтактными методами зондовой электрометрии.

Характеризация границы раздела кремний-двуокись кремния осуществлялась методами анализа вольт-фарадных характеристик и методом сканирующего зонда Кельвина. Исследования выполнялись на материале пластин кремния КЭФ 4,5 и КДБ 12 ориентации <100> диаметром 100 мм.

Данные исследования показали, что после проведения быстрой термической обработки наблюдается равномерное распределение поверхностного потенциала по площади пластины. При этом имеет место значительное повышение электрического поверхностного потенциала на границе раздела кремний-двуокись кремния. Повышение регистрируемых значений поверхностного потенциала коррелирует с уменьшением плотности заряда на границе раздела кремний-двуокись кремния. Также изменение поверхностного потенциала по площади пластины после предварительной быстрой термообработки позволяет говорить об изменении структуры поверхностного слоя в полупроводниковой структуре. 

Результаты характеризации с использованием методов зондовой электрометрии качественно отражают изменение плотности заряда на границе раздела кремний-двуокись кремния в процессе технологической обработки полупроводниковых пластин. Неоднородности распределения поверхностного потенциала наглядно отражают неоднородности распределения толщины нарушенного в процессе окисления слоя по поверхности пластины и позволяют выявить места локализации дефектов, связанных с нарушением структуры полупроводника у границы раздела кремний-двуокись кремния.

1. Schroder, D.K. Semiconductor Material and Device Characterization / D.K. Schroder // Hoboken, New Jersey: John Wiley and Sons, Inc. – 2006. – 790 p. doi: 10.1002/0471749095

2. Schroder, D.K. Trendsin Lifetime Measurements /D.K. Schroder // Electrochemical Society Proceedings. – 2000. – Vol. 17. – P. 365–383.

3. Everaert, J.L. Contactless Mobility Measurements of Inversion Charge Carriers on Silicon Substrates with SiO and HfO Gate Dielectrics / J.L. Everaert [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2010. – Vol. 96. – P. 122906. doi: 10.1063/1.3373920

4. Oborina, E.I. Noncontact interface trap determination of SiO –4H–SiC structures / E.I. Oborina, A.M. Hoff // J. Appl. Phys. – 2010. – Vol. 107. – P. 013703. doi: 10.1063/1.3272081

5. Schroder, D.K. Contactless Surface Charge Semiconductor Characterization / D.K. Schroder // Materials Science and Engineering: B. – 2002. – Vol. 91–92. – P. 196 – 210. doi: 10.1016/S0921-5107(01)00993-X

6. Schroder, D.K. Silicon Epitaxial Layer Recombination and Generation Lifetime Characterization / D.K. Schroder [et al.] // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2003. – Vol. 50, no. 4. – P. 906–912. doi: 10.1109/TED.2003.812488

7. Komin, V.V. Status of Non-contact Electrical Measurements / V.V. Komin, A.F. Bello, C.R. Brundle, Y.S. Uritsky // AIP Conference Proceedings. – 2003. – Vol. 683. – P. 782–795. doi: 10.1063/1.1622559

8. Воробей, Р.И. Контроль дефектов структуры кремний-диэлектрик на основе анализа пространственного распределения потенциала по поверхности полупроводниковых пластин / Р.И. Воробей [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2013. – № 2(7). – С. 67–72.

9. Pogosov, V.V. Effect of deformation on surface characteristics of finite metallic crystals / V.V. Pogosov, O.M. Shtepa // Ukr. J. Phys. – 2002. – Vol. 47, no. 11. – P. 1065–1070.

10. Nazarov, A. Application of Volta potential mapping to determine metal surface defects / A. Nazarov, D. Thierry // Electrochimica Acta. – 2007. – Vol. 52. – P. 7689–7696. doi: 10.1016/j.electacta.2007.05.077

11. Neaton, J.B. Electronic properties of the Si/SiO interface from first principles / J.B. Neaton, D.A. N.W. Ashcroft // Phys. Rev. Lett. – 2000. – Vol. 85, No. 6. – P. 1298–1301.

12. Технология СБИС : в 2 т. / под ред. С. Зи. – М. : Мир, 1984. – Т. 1. – 405 с.

13. Zharkikh, Yu.S. Mechanic-electrical transformations in the Kelvin method / Yu.S. Zharkikh, S.V. Lysochenko // Applied Surface Science. – 2017. – Vol. 400. – P. 71–76. doi:10.1016/j.apsusc.2016.12.085

14. Тявловский, А.К. Математическое моделирование дистанционной зависимости разрешающей способности сканирующего зонда Кельвина / А.К. Тявловский // Приборы и методы измерений. – 2012. – № 1(4). – С. 30–36.

15. Gorban, A.P. Investigation of the fast surface state spectrum of MIS structures by differential C-V method / A.P. Gorban, V.G. Litovchenko, P.Ch. Peikow // Phys. State Sol. (a). – 1972. – Vol. 10, no. 1. – Р. 289–292.

16. Горлов, М.И. Технологические отбраковочные и диагностические испытания полупроводниковых изделий / М.И. Горлов, В.А. Емельянов, Д.Л. Ануфриев. – Минск : Бел. наука, 2006. – 367 с.

17. Боброва, Е.А. Особенности вольт-фарадных характеристик МОП структур, обусловленные зарядом в окисле / Е.А. Боброва, Н.М. Омельяновская // ФТП. – 2008. – Т. 42, вып. 11. – С. 1380–1383.

18. Александров, О.В. Модель образования фиксированного заряда в термическом диоксиде кремния / О.В. Александров, А.И. Дусь // ФТП – 2011. – Т. 45, вып. 4. – С. 474–480.

19. Herbert, G. Origin of the fixed charge in thermally oxidized silicon / G. Herbert // J. Electrochem. Soc. – 1977. – Vol. 124, no. 2. – P. 314–317.

20. Holiney, R.Yu. Investigation of the undersurface damaged layers in silicon wafers / R.Yu. Holiney, L.A. Matveeva, E.F. Venger // Semiconductor phys., quantum electronics and optoelectronics. – 1999. – Vol. 2, no. 4. – P. 10–12.

21. Хатько, В.В. Структуры металл-диоксид кремния-полупроводник для интегральных микросхем / В.В. Хатько. – Минск : БНТУ, 2009. – 234 с.

22. Румак, Н.В. Диэлектрические пленки в твердотельной микроэлектронике / Н.В. Румак, В.В. Хатько. – Минск : Навука i тэхнiка, 1990. – 192 с