Измерение локальных остаточных напряжений в полупроводниковых кремниевых структурах

Распределение остаточных напряжений в многослойной полупроводниковой структуре носит сложный характер и оказывает существенное влияние на характеристики и выход годных приборов. В связи с этим их исследование является одной из актуальных задач современного приборостроения. Цель настоящей работы заключалась в разработке методов оценки фактического распределения остаточных напряжений как по площади полупроводниковой структуры, так и в ее элементах.

Оценку распределения остаточных напряжений по площади структуры проводили на основе определения локальной деформации отдельных участков этой структуры методом оптической топографии. В основу методики положено последовательное измерение интенсивности элементов светотеневого изображения структуры вдоль выбранного направления с последующим расчетом микрогеометрического профиля и радиуса кривизны. Оценку остаточных напряжений в топологических элементах системы Si–SiO проводили путем расчета интерференционных картин, полученных в зазоре пленка−подложка после отделения края пленки от подложки по периметру вскрытого окна.

С привлечением метода конечных элементов получены аналитические выражения, связывающие характеристики изображений полупроводниковых структур с величиной их деформации, что позволяет с привлечением известных соотношений вычислить локальные механические напряжения выбранного участка структуры. Приведены примеры расчета реальных структур.

Предложенные методики расчета остаточных напряжений в полупроводниковых кремниевых структурах позволяют учитывать характер и форму изгиба подложек, а также оценить их величину в топологических элементах реальных полупроводниковых приборов.

1. Яцунский, И. Влияние окисления на дефектообразование в легированном кремнии : монография / И. Яцунский, О. Кулинич, В. Смынтына. − Lambert Academic Publishing, 2011. − 188 с.

2. 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. / коллектив авторов ; общ. ред. академик НАН Беларуси С.А. Астапчик. − Т. 1. − Минск : Экоперспектива, 2003. − С. 234−253.

3. Сенько, С.Ф. Количественный контроль топографических дефектов полупроводниковых пластин кремния / С.Ф. Сенько, А.С. Сенько, В.А. Зеленин // Доклады БГУИР. – 2018. – № 5 (115). – С. 12–18.

4. Касимов, Ф.Д. Расчет упругих механических напряжений в неоднородных полупроводниковых структурах / Ф.Д. Касимов, А.Э. Лютфалибекова // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2002. – № 2. – С. 13–14.

5. Айвазян, Г.Е. Об определении внутренних напряжений в системе пленка – подложка / Г.Е. Айвазян // Известия НАН РА и ГИУА. Сер. ТН. – 2000. – Т. LIII, № 1. – С. 63–67.

6. Ayvazyan, G.E. Anisotropic Warpage of Wafers with Anodized Porous Silicon Layers / G.E. Ayvazyan // Phys. Stat. Sol. (a). – 1999. – Vol. 175. – P. 7–8.

7. Ullman, J. Reduction of Intrinsic Stress in Cubic Boron Nitride Films / J. Ullman, A.J. Kellock, J.E. Baglin // Thin Solid Films. – 1999. – Vol. 341. – P. 238–245.

8. Дюжев, Н.А. Методика измерения механических напряжений в тонких пленках на пластине с помощью оптического профилометра / Н.А. Дюжев, А.А. Дедкова, Е.Э. Гусев, А.В. Новак // Известия вузов. Электроника. – 2016. – № 4. – С. 367–372.

9. Riesz, F. Geometrical optical model of the image formation in Makyoh (magic-mirror) topography / F. Riesz // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2000. – Vol. 33. – Р. 3033–3040.

10. Riesz, F. Makyoh Topography for the Study of Large-Area Extended Defects in Semiconductors / F.Riesz // Phys. Stat. Sol. (a). – 1999. – Vol. 171, no. 1. – Р. 403–409.