Abstract
Introduction of submicron design standards into microelectronic industry and a decrease of the gate dielectric thickness raise the importance of the analysis of microinhomogeneities in the silicon-silicon dioxide system. However, there is very little to no information on practical implementation of probe electrometry methods, and particularly scanning Kelvin probe method, in the interoperational control of real semiconductor manufacturing process. The purpose of the study was the development of methods for nondestructive testing of semiconductor wafers based on the determination of electrophysical properties of the silicon-silicon dioxide interface and their spatial distribution over wafer’s surface using non-contact probe electrometry methods.Traditional C-V curve analysis and scanning Kelvin probe method were used to characterize silicon- silicon dioxide interface. The samples under testing were silicon wafers of KEF 4.5 and KDB 12 type (orientation <100>, diameter 100 mm).Probe electrometry results revealed uniform spatial distribution of wafer’s surface potential after its preliminary rapid thermal treatment. Silicon-silicon dioxide electric potential values were also higher after treatment than before it. This potential growth correlates with the drop in interface charge density. At the same time local changes in surface potential indicate changes in surface layer structure.Probe electrometry results qualitatively reflect changes of interface charge density in silicon-silicon dioxide structure during its technological treatment. Inhomogeneities of surface potential distribution reflect inhomogeneity of damaged layer thickness and can be used as a means for localization of interface treatment defects.
Highlights
Система структурных слоев Si-SiO2 является ключевой в конструкции кремниевых интегральных схем
Разброс параметров приборных структур во многом определяется дефектами в системе Si-SiO2
Наблюдается уменьшение как напряжения плоских зон, так и плотности заряда на границе раздела кремний-двуокись кремния
Summary
В основу характеризации границы раздела кремний-двуокись кремния методами зондовой электрометрии положен метод сканирующего зонда Кельвина [8]. Принцип действия зонда заключается в регистрации контактной разности потенциалов (КРП) между поверхностью чувствительного элемента, играющего роль эталонной обкладки динамического измерительного конденсатора, и локальным участком поверхности исследуемого образца. При наличии на поверхности пластины диэлектрического слоя двуокиси кремния, как это имеет место в настоящем исследовании, значение КРП в значительной степени определяется встроенным зарядом в диэлектрике и на границе раздела кремний-двуокись кремния. Рисунок 1 – Модель взаимодействия заряда в диэлектрике с чувствительным элементом сканирующего зонда Кельвина (динамического конденсатора). Поскольку заряд Q фиксирован по величине и пространственному положению, изменение напряженности электрических полей может происходить только вследствие перераспределения зарядов q1 и q2 между обкладками динамического конденсатора посредством внешней электрической цепи, что означает возникновение ненулевого переменного тока iQ(t) в этой цепи. Выходной сигнал сканирующего зонда Кельвина при контроле дефектов диэлектрического слоя представляет собой постоянное напряжение, величина которого прямо пропорциональна плотности заряда в диэлектрике. Особенный интерес в свете сказанного представляет возможность неразрушающего выявления и локализации дефектов, вносимых ключевыми операциями технологической обработки: окисления и подготовки пластин перед окислением, для чего в настоящем исследовании выполнено сопоставление карт распределения поверхностного потенциала для одних и тех же полупроводниковых пластин до и после проведения технологических операций
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a call
