Заполнение линиями скольжения поверхности кремниевых пластин оценивают по значению коэффициента заполнения, равного отношению площади заполненной линиями скольжения, ко всей площади пластин.
Площадь, заполненную линиями скольжения, определяют под пучком осветителя с помощью шаблона-сетки по суммарному числу ячеек этой сетки, в которые попадают линии скольжения. Площадь одной ячейки 25 мм2. Макродефекты анализируют под микроскопом без травления.
Поверхность после диффузии считается качественной, если плотность дислокаций и дефектов упаковки находится в пределах 101 -102 см-2, коэффициент заполнения линиями скольжения не более 0,05; эрозии и термических ямок травления нет, неравномерность диффузионного фронта (по глубине) находится в пределах 5 - 10 % от средней толщины слоя.
Контроль диффузионных слоев проводят по следующим параметрам:
· глубина залегания p-n-перехода,
· удельное поверхностное сопротивление,
· поверхностная концентрация примесии
· профиль распределения примеси.
Наиболее распространенным методом контроля глубины залегания р-п-перехода является метод окрашивания (химического декорирования) сферического шлифа.
Сферический шлиф изготовляют с помощью вращающегося стального шара диаметром 35 — 100 мм, смазанного алмазной пастой зернистостью < 1 мкм, к которому прижимают рабочую сторону контролируемой пластины 3 (см. рис. ниже).
Глубина сферической лунки 1 должна превышать глубину p-n-перехода xj. Границу р-n-перехода выявляют химическим окрашиванием p-области 5 в концентрированной фтористоводородной кислоте HF при интенсивном освещении. Для окрашивания n-области используют водный раствор медного купороса CuS04 • 5Н20 с добавкой 0,1 % концентрированной HF. Легированные диффузией области кремния р-типа после окрашивания будут выглядеть темнее окружающего материала, а области n-типа - покрыты осажденной медью.
На окрашенных шлифах под микроскопом измеряют длину l хорды 4, по которой определяют глубину залегания р-п-перехода (толщину диффузионного слоя 2): Xj = l2 / (4D) , где D- диаметр шара.
Погрешность метода ~ 10 % вдиапазоне глубин от 2 до 10 мкм.
Метод окрашивания сферического шлифа непригоден для контроля глубины мелких (< 1 мкм) р-n-переходов из-за большой погрешности. В этом случае используют фотоэлектрический метод сканировании поверхностицилиндрического шлифа сфокусированным лазерным пучком (зондом) с регистрацией кривых фототока (фотоответа) и интерференции.
Используют установку ЛПМ-11 с длиной волны излучения X = 0,44 мкм, оптико-механическим узлом, предметным столом и регистрирующим прибором (самописцем).
Этим методом можно также контролировать ионно-легированные и эпитаксиальные p-n-переходы глубиной 0,2-10 мкм с погрешностью ~ 3 %.
Поверхностное сопротивление диффузионного слояRsизмеряют четырехзондовым методом (см. рис. ниже).
Ток I пропускают между внешними 1зондами и измеряют падение напряжения Uмежду внутренними 2 зондами. Затем рассчитывают Rs= (U/I) .K , где
К - коэффициент коррекции, зависящий от размеров а образца и расстояния Sмежду зондами. При большом отношении (a/S) этот коэффициент равен 4,53, т. е.
Rs= 4,53 U/I.
Воспроизводимость метода составляет ± 2 % при стабильных значениях давления на зонды и уровня тока.
Для определения поверхностной концентрации Nsлегирующей примеси необходимо знать характер распределения примеси в диффузионной области. Существуют графики (кривые Ирвина), связывающие поверхностную концентрацию и среднее удельное сопротивление r, рассчитанные для диффузионных профилей.
Среднее значение удельного сопротивления находят по формуле:
r = Rs хj
а затем по кривым Ирвина или таблицам определяют Ns.
Профиль распределения примесиопределяют методами:
· дифференциальной проводимости с послойным стравливанием,
· С-U-методом (метод вольт - фарадных характеристик),
· методом сопротивления растекания.
Дифференциальныйметод - старейший, достаточно информативный, но очень трудоемкий. Он состоит в повторяющихся измерениях поверхностного сопротивления четырехзондовым методом после удаления тонких поверхностных слоев кремния анодным окислением и травлением полученного оксида в растворе HF.
При использовании C-U-метода определяют значение емкости обратно смещенного р-n-перехода в зависимости от приложенного напряжения.
Наиболее широко в настоящее время применяют метод сопротивлениярастекания, при котором двумя зондами измеряют сопротивление на косом шлифе и после обработки результатов получают профиль распределения Ns.
Для контроля уже поставленного технологического процесса достаточно измерять xj и Rs, а также толщину слоя примесно - силикатного стекла, полученного после первой стадии диффузии, и оксида - после второй стадии.
Толщина этих слоев и ее равномерность свидетельствуют о соответствии режимов проведения диффузионного процесса заданным. Кроме того, значения толщины должны быть известны для правильного выбора времени травления при снятии стекла после первой стадии диффузии и оксида после второй для последующей фотолитографии, а также при проведении процесса ионного легирования через оксид, образованный на второй стадии диффузии.