ТЕСТОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЗАПОЛНЕНИЯ ПОЛИКРЕМНИЕМ КОЛОДЦЕВ КРЕМНИЕВЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

Областью применения предлагаемой полезной модели является микроэлектроника, а именно устройство для оперативного контроля качества заполнения поликремнием колодцев в полупроводнике, при производстве кремниевых конденсаторов.
Контроль качества заполнения поликремнием колодцев кремниевых конденсаторов проводится посредством выполнения косого шлифа (см. книгу Р. Бургер, Р. Донован. Основы технологии кремниевых интегральных микросхем. Окисление, диффузия эпитаксия. - М.: Мир, 1969. - 298-299 с.).
Метод косого шлифа является методом разрушающего контроля и используется в электронной технике, в частности в микроэлектронике, при анализе дефектов кристаллов полупроводниковых приборов и микросхем, для определения глубин залегания р-n переходов, толщин эпитаксиальных структур, толщин окисла, а также глубин вытравленных в полупроводнике колодцев. При изготовлении косого шлифа поверхность шлифовки составляет малый угол с поверхностью полупроводникового кристалла, что приводит к «расширению» сечения полупроводникового кристалла. В таком случае глубины и толщины могут быть относительно легко измерены. «Расширение» сечения пропорционально тангенсу угла наклона поверхности шлифовки к поверхности полупроводникового кристалла. Угол формируется шлифовкой полупроводникового кристалла, предварительно размещенного на наклонной поверхности специально подготовленного держателя. Полупроводниковый кристалл на время шлифовки приклеивается к держателю при помощи воска. После окончания шлифовки держатель с полупроводниковым кристаллом нагревается, и полупроводниковый кристалл отделяется от держателя для дальнейшего анализа.
Наиболее близким к предлагаемому является тестовый элемент для контроля качества заполнения поликремнием колодцев кремниевых конденсаторов, содержащий полупроводниковую пластину, сформированный на ней рельеф из вытравленных колодцев, поверхность которых покрыта слоем диэлектрика и заполненных поликремнием (см., например, «High-Density, Low-Loss MOS Capacitors for Integrated RF Decoupling» из журнала «The International Journal of Microcircuits and Electronic Packaging», том 24, номер 3, 2001 г., стр. 182-196).
Недостатком данного тестового элемента является сложность совмещения вертикального шлифа с колодцами, заполненными поликремнием, а также неинформативность полученного сечения, так как шлиф может попасть не по центру колодцев, а отсечь его сегмент вдали от центра, что не позволит проконтролировать заполнение колодца поликремнием по всей глубине.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение качества и оперативности контроля.
Указанный результат достигается тем, что в отличие от известного, в предлагаемом тестовом элементе для контроля качества заполнения поликремнием колодцев кремниевых конденсаторов, содержащем полупроводниковую пластину, сформированный на ней рельеф из вытравленных колодцев, поверхность которых покрыта слоем диэлектрика и заполненных поликремнием, тестовые колодцы выполнены в форме канавок, расположенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях, причем ширину канавок А берут равной диаметру колодца рабочего кремниевого конденсатора, а длину канавок D выбирают из формулы: 4H/tgα≥D≥2H/tgα, где Н - наибольшая глубина канавок, α - угол шлифования тестового элемента.
Данная конфигурация позволяет облегчить совмещение косого шлифа с тестовым элементом, а также получать четкий профиль канавки, заполненной поликремнием, по всей глубине.
Выбор ширины канавки А, равной диаметру колодца рабочего кремниевого конденсатора, позволяет оценивать качество заполнения поликремнием канавки максимально приближенно к колодцу рабочего кремниевого конденсатора.
Длину канавок D выбирают больше 2H/tgα для легкости совмещения косого шлифа с тестовым элементом, а также для того, чтобы сечение охватывало тестовую канавку по всей глубине. Ограничение в 4H/tgα выбрано для того, чтобы сэкономить площадь, занимаемую тестовым элементом.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 изображен тестовый элемент (вид сверху), а на фиг. 2 изображен тестовый элемент после выполнения косого шлифа. На фиг. 3 изображена изометрия увеличенного фрагмента тестового элемента после выполнения косого шлифа.
Позициями на фиг. 1-3 обозначены:
1 - полупроводниковая пластина;
2 - тестовые канавки;
3 - слой изолирующего диэлектрика;
4 - слой поликремния;
А - ширина канавок;
D - длина канавок;
Н - глубина канавок.
6
Указанный тестовый элемент можно изготовить следующим образом: на кремниевой пластине 1 ориентации (111) формируют методом фотолитографии в фоторезистивной маске конфигурацию тестовых канавок 2; далее на установке SI 500 проводят анизотропное травление в индукционно-связанной плазме SF и хладона 318 (глубина травления 35 мкм при ширине канавки А=3 мкм); затем выращивают слой изолирующего диэлектрика 3 в виде термического оксида кремния толщиной 0,2 мкм и пиролитического нитрида кремния толщиной 0,2 мкм; далее наносят слой поликремния 4, толщиной 3 мкм, методом пиролиза моносилана при пониженном давлении и температуре 650°С (см. фиг. 2, 3).
Определение качества заполнения поликремнием канавок проводят под цифровым микроскопом, например, VHX-1000 фирмы Keyence (Япония), визуально. Цифровой микроскоп позволяет получить изображение с глубиной резкости от 3 мкм до 3 мм. Если использовать электронный микроскоп как в прототипе, то необходимо делать несколько попыток вертикального шлифа, пока он не попадет по центру колодцев, а само использование электронного микроскопа более трудоемко, так как необходимо проводить откачку вакуума и юстировку образца.