Локальный электрохимический анализ пленочных элементов микроэлектроники тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

ч

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ им. М.З.ЛОМОНОСОВА

На правах рукописи

СТШТОВ БОРИС- МИХАЙЛОВИЧ

УДК 543.25: [621.793:621.3.049.7?]

ЛОКАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПЛЕНОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Специальность U2.00.02 - аналитическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 1990

Работа выполнена в Куйбышевском ордена рудового Красного Значени политехническом институте им.В.В.Куйбышева, не кафедре аналитической и физической химии.

Научный руководитель: Доктор химических наук Е.Я.Нейман

Официальные оппоненты: Доктор технических наук,

профессор Р.Ф.Салихджанова

Кандидат химических наук,

старший научный сотрудник В.И.Игнатов

Ведущая организация - Казахский государственный университет им. С.И.Кирова

Защита оостоитоя 25 декабря 1990 г. в /¿^чзоов на васедании специализированного Совета К 063.41.04 в Московском институте тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова по адресу: 117571 г.Москва, проспект Вернадского, 86, ИИТХТ им.М.В.Ломоносов аудитория К2.

С диосертацией мохно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан ■М- ноября' 1990 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат химических наук

а

О.В.Сорокина

-3-

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность теми. Пленочные интегральные схемы (ИС), изготавливаемые методами планерной технологии из моно- и полислояных структур', сталги основной' элементной базой микроэлектроники. Одновременно с совершенствованием технологии ИС возрастают требования Н контроле ряда параметров получаемых структур, включая их эле- . ментннй, фаэовнй состав, толщину и однородность распределения примесей. Для решения этой проблемы лредлодено достаточно эффективных, но дорогостоящих, не всегда доступных методов контроля (например, охе-спектроскопия, касс-спектроскопия с лазерной фото-ионизациея, голография и др.), к тому хе тробуюдах специально подготовленных операторов. Однако,как показывает работы ряда советских исследователей, большую часть необходимой аналитической информации о слоях КС мохно получить с помоеьо более простых и дешевых методов контроля, одним из которых является локальный электрохимический анализ (ЛЗА), использующий методологмо зондово-го анализа в сочетании с вольтамперометриея, хронопотенциометрией и другими электроаналитическими методами. За счет электрохимического растворения микроучастков пленочных покрытия ИС данкы?. -¡этод позволяет проводить распределительный элементный и фазовый анализа их слоев с одновременным получением оценок массы (толсины).

Настоящая работа посвящена ЛЗА. металлических и полупроводниковых покрытий и слоев структур, применяемых в микроэлектронике.

Работа является результатом исследования, проводимых на кафедре аналитической и физической химии Куйбышевского политехнического института, связана с планом основных научных работ вуза и выполняется по плану госбвдхетных работ: тема t 79003100 от 3 иеня 1977 г. "Злектродекристаллизационная вольташерометрия твердых фаз и коррозия сплавов"; тема 9 1860040443 Чизчкс-хнми-ческии анализ гомогенных и гетерогенных систем"; вклечена в обце-ссюзнуо научно-техкическухэ программу 0.72.01 ГКНТ СССР, и АК СССР на 1986-1990 г.г. (Постановление ГКНТ СССР и АН СССР Я 543/137 от 30.11.65) и комплексную научно-техническуо программу Минвуза РСФСР "Надехность конструкций" (приказ * G59 от 13.11.81, продолжение работ в ХП пятилетке - приказ е 641 от 10.1С.86).

Цель работы. Разработка экспрессных методик ЛЭА фазового и злёментного состава одно- и двуслойных пленочных покрытий с заданными метрологическими характеристиками применительно к сочетаниям покрытий и подлохек, наиболее распространенных в микро--

элоктронннх ИС (металл-металл, металл-диэлектрик, металл-полупроводник, полупроводник-полупроводник).

Научная ноииана:

1. Прадлохен гибридный способ, объединяющий ЛЭА и инверсионную вольтамперометрию (ИВА), а *акжв соответствующее устройство для определения элементного состава и массы пленочных покрн-тии5гг -BL в одной контрольной операции (полохительное решение по ааявке на изобретение Ш 4679925).

2. Разработан способ (а.с.Р 1272203) определения методом ЛЭА со-дерханин компонентов в бинарных поропковых композициях (механических смесях)Лд с Си ,Pß ,2п ,Hl ,(?0,Bl ,56 . W . Mo с использованием расчвтно-градуировочннх характеристик, и установлены границы их применимости для элементного знализа сплавленных порошковых композиция Л Q -Pß -CiL

3. Првдлохен электролит (а.с.Р 1364650) для распределительного фазового Г:ЗА диффузионных слоев в покрытиях из canaBoeSri-Pß uSn. ~ßi , нанесенных на медную и латунную подложки.

4. Разработан способ контроля методом ЛЭА концентрационных профилей легируюлея примеси в эпитаксиальных слоях кремниевых структур П - П +-типа.

Практическое значение работы. Разработан комплекс методик J1SA металлических и полупроводниковых структур, применяемых в технологии млкроэлектройных НС. Методики контроля распределения массы однослойной и двуслойной металлизации по площади подложки (внедрено на п/я Г-4с 13, В-2946, КШ) "Металлист", г.Куйбывов, НИЗА, г.Москва} и распределительного фазового анализа диффузионных слоев в покрытиях сплавами олова на медных и латунных подложках (внедрено в НИИЭМП, г.Пенза) рекомендованы к отраслевому использованию. Суммарный экономический эффект от внедрения данных методик составил более 10С тыс.руб. Способы контроля планочных покрытия, бинарных порошковых композиций и концентрационных профилей легирующей примеси а эпитаксиальных кремниевых структурах П. - П-+-тнпа находятся в стадах внедрения.

На защиту выносятся: - гибридный способ определения элементного состава и толщины пленочного покрытия сплавом Sfl-ßi, нанесенного на медную подлому ;

-э-

- способ определения содерхания компонентов в бинарных металлических порошновых композициях методом ЛЗА с использованием расчетно-градуировочных характеристик;

- состав электролита для распределительного фазового ДЗА диффузионных слоев в покрытиях сплавами Бп-РЬ .Бп-в; , нанесенными на медную и латунную подлохки;

- способ контроля методом ЛЗА концентрационных профилей легирующей примеси в кремниевых эг.итаксиальных структурах П - Г^-типа.

Апробация работы. Материал,диссертации обсуждался на Всесоюзной научно-технической конференции "Оборудование, аппаратура, приборы и методы исследования" (Москва, 1932 г.), У1 Всесоюзной конференции по электрохимии (Москва, 1982 г.), IX Всесоюзном совещании по полярографии (У.сть-Комоногорск, 1967 г.), И Всесоюзной конференции по электрохимическим методам анализа (Томск, 1589 г.) и др.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 26 работ в виде статей и тезисов докладов, включая 2 авторских свидетельства и 1 положительное решение по заявке на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 194 страницах, содержит 24 таблицы, 56 рисунков и состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы (123 наименования) и приложений.

3 первой главе дан обзор современных нерабруйегадх, послойных и локальных методов контроля состава и толщина слоев (покрытия) пленочных структур, используемых для ИС. Проанализирована литературные введения об использовании ЛЭА при контроле параметров этих материалов, сформулированы задачи исследования. Во второй главе описана техника эксперимента, включая приборы, материалы, методики исследований и расчетов. В третьей, четвертой, пятой и шестой главах представлены данные по исследованию методом ЛЭА в одно- и двуслойных пленочных покрытиях (металлизации ЙС), элементного состава бинарных металлических порошковых композиций на основе серебра, фазового состааа и толщины фазовых сова в покрытиях цинком и сплавами5И. - РВ , Бп-В^ на медной и латунной подлохках, концентрационных профилей распределения легирующей примеси по толщине эпитаксиальных слоев кремниевых структур П-Л.+-типа.

ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Исследования проаодили на ус ганоино, состоящей из потенцио-стата П-5827К, двухкоординатного самописца "бпсИш 620.02" (ГДР) и прихимкого устройства с злоктролитическоя ячеЯкоа, В работе использовали три варианта ячоок (рис,1). Источником информации слу-хат регистрируемые оольтакгирограммн, хронопотонциограмны и ре-гистрограшш зависимости падения напряхония на ячейке с испнтуе- . коя структурой от времени анализа. Объекты исследования и контролируемые ЛЗА параметры представлены в табл. 1. Там же приведены данные об использованных образцах сравнения и методах их аттеста-

Рис.1. Электролитические лчзяки без принудительного протока электролита (а), с протоком электролита (б) и с дополнительным рабочим электродом (в): 1 - корпус ячейки, 2 - электролит, 3 - резиновая прокладка с контактным капилляром, 4 - исследуемый образец, 5 - патрубки для принудительной подачи и отаода электролита, 6 - многоходовые краны, 7 - поршневые устроястаа, 8 - дополнительный рабочий электрод, 5 - вспомогательная электрод.

КОНТРОЛЬ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ МЕТОДОМ ЛЭА Кулонометрическое измерение толщины (массы) пленочных покрытия металлами и сплавами (металлизации) методом ЛЭА отрабатывали для двух рехимов поляризации: гальваностатического и потшцио-динамического. Рекомендуемые условия электрохимического кон -

Таблица 1

Объекты исследования, контролируемые ЛЭА параметры и применяемые образца сравнения

Объект исследования

Контролируемый параметр

2

1. Напыленные на ситалл,кремний и стекло плоночниэ по-покрытия:

а) однослойные индивидуальными металлами: ,Ла ,

Си ,Яи № ,С* ;

б) однослойные хромосилицид-ннми сплаваии: % стекла, С? {54 %) +Те (2%) + 5с (44 %);

э) двуслойные:-ЯО /Рс1 /Р?, Си/(С? + Ге +$с ).

2, Однослойные покрытия:

а) гальваническим сплавом Бп-Вспо меди и латуни;

б) гальваническим цинком по меди;

масса (толщина) покрытия

элементный состав и толщина покрытия; толщина и фазовый состав диффузионных слоев

Образцы сравнения Изготовитель : Способ аттестации

ГИРЕДШ (г.Москва) НЮШП (г.Пенза)

НЛКЭ.МП (г.Пенза)

Гипроцвотметобрз-ботка (г.Москва)

1. Гравиметрический с кварцевым резонатором;

2. про4илогра^ичосккй по мосту перфорации;

с. оптический с кикроинтер-г ферометром Ликкика.

VI I

Элементный состав - хихи-чсский анализ ;тол:инз покрытия и диффузионных слоев -металлографический разовый состав - РФА,.

1

Продолтенке табл.1

а) ГорПОС-ßl на меди и латуни :фазовий состав и

: толщина диффузи-:онных слоев

3. Винарнне порошкооио компо- :элементный состав опции на основе серебра: :

Jlg-Jtfi. Ja-Ой , - Bl , : Jq-5B Jg-Pb,Jlg-Pti , : Jy-Zn Jg-W Jg-Mo . :

4» Винарнне термические сплаан:элементны?, и фа-

J}g-Pi> , Лд-Ри :эовнй состав

5. Кремниевые эпитаксиальние :профили распреде-структуры П. -)'1+-тила :ления легирующей

:прямееи, среднего .•удельного сопротивления, толщина :эпитаксиальной : пленки

НЖЭМП (г.Пенза)

Kütü (г.Куйбкгев)

КПтИ (г. Нуябызев)

ГИРЕДМ2Т (г.Москва )

ПМЗ (г.Подольск)

гравиметрический метод

фчзевн;: состав - РФА

I

CD I

профиль концентрации легирующей прхчеси -P-V-метод ; профиль удельного сопротивления - иетод растекзсяе-гося сопротивления (Ü5R-100) толгина эпктаксизльной пленки - ЛК-спектрометрия, шар-слиф.

Для практического использования результатов данной работы кулонокетрически измеренную массу пленочных покрытия пересчитывали в производственный нормируемый параметр - толщину.

1

троля толгики представлены в табл.2. Сопоставлением результатов, полученных мотодом ЛЭА, с данники, полученными независимыми методами, показано, что к.улономутрическия вариант ЛЗА возможен для пленочных покрытий индивидуальными металлами (Л£ ,}И

Ни ,Ли ,Рс1 ). для металлизации хромосилкцидннм: сплавами с выходом по току < 100 % определение толщины аоэмохно по гродуиро-вочннм графикам зависимости толвинн от времени, максимального тока или количества электричества. Для контроля толщины двуслойных структур (М(] /Н ,Лд М ¿¡ложно использовать градуировочние графики, повучонньо для однослойных покрытия. Универсальный режим контроля толщины - потвнцкодянвукческия (3 кВ/с). Оптимальное значение плотности тока гальв-аностатичеокого растворения мохот быть легко выбрано в диапазоне токов вольтвкперограммы. Поэтому потенциодиналическия режим был осиовшм при отработке условия эксперимента', а гальввностатичесни'Л, з'с с« от большей экспрессное-т'и" и' простоты' графической обработки, использовали при серийных измерениях.

Ограничением ЛЗА при нонтроле пленочных покрытия яяляется их малая толщина, недостаточная для получения необходимого аналитического сигнала (тока растворения). Репение этой задачи найдено а рамках гибридного способа (ЛЭА-ИВА): ЛЗА позволяет оценить толщину покрытия, а ИВА - проконтролировать состав растворившейся пленки в анолитв ячейки. Реализецил способа проводят с полосы} ячейки (рис.1 в), установленной на поверхность контролируемого покрытия. При контроле проводят три стадии: гальваностаткческоо (или потенциодинамическое) растворение покрытия, потенциостатн-ческое накопление компонентов покрытия из анолита нв дополнительном рабочем электроде и потенциодинамическое растворение сконцентрированного осадка. Одновременно регистрируют полчрпзадаоннуп кривуо, по которой оценивает количество- электричества ( 0. ), пошедшее на проведение каждой стадии, после чего рассчитывает содержание ( Р ) компонентов (Ме^, К^) в покрытии. Установленный состав пленочного покрытия позволяет проьести расчет его толчмш по кулономегричесним измерениям 1 стадии с поправкой на состав.

Предложенный вариант отрабатывали на образцах сравнения пленочных покрытия (1,5-6,7 мкм). гальваническим сплавом 5п - 81 (2-10 % мае. 01 ). Показана возможность определения висмута с погрешностью - (0,3-1,6) % мае. и толщины - ^(0,06-0,13) мкм.

Таблица 2

Условия и результаты исследования однослойной коталлилации толщиной <1,0 мкм

методом ЛЗА

Материал покрытия

Условия

Электролит

эксперимента Режим поляризации

с/ ,А/см^

ле ?

Лд

А

Ра Ли М. • АС Г?

^«»й +

+ 20 % стекла & (54 %) +Ге (2 (44 5в>

I цАаМОи I иЛаСГО!,

I М

I &ЛаМОк 6,5 м нсг 6,5 Ы Ш

I им^се I цЛаеевк 0,1 \кМнНРг I м АаМОц

0,1 иЩНГг 1 м Лаоео.

: 0,13 : :0,26-0,52: :0,13-0,26: ¡0,26-0,52: ¡0,26-0,52: ¡0 0,52 : : 0,52 : : 0,26 : : 0,52 : : 0,0078 : : 0,0013 : : 0,0078 : : 0,0026 :

+0,93 +0,98 +0,03 +0,34 +0,60 +0,84 ■»0,27 +1,30 ■Ю.85

+0,80 +2,30

с(Е

,мЗ/с

8 8 8 8 8 8 8 8 8

8 8

Результаты измерения толщины металлизации, мкм

гравиметрическим методом

ЛЭА

0,26 0,14 0,14 0,10 0,10 0,10 0,22 0,20 0,54 0,16 0,16 0,47 0,50

0,25 0,15 0,15 0,08 0,08 0,10 0,20 0,15 0,51 0,14 0,16 0,45 0,46

* 0,02 * 0,02 Л 0,02 * 0,02 * 0,02 * 0,02 * 0,02: - 0,03: * 0,02; ± 0,03: * 0,04: ± 0,04: ± 0,05:

¡0,15 - 0,01 ¡0,15 ± 0,01 :0,09 ± 0,01 ;0,09 ± 0,01 ¡0,12 ± 0,04 :0,23 ± 0,04 : 0,16* 0,02 0,51 ± 0,02 0,15 * 0,03

0,45 * 0,07 0,47 * 0,08

0

1

Рис.2. Вольтамперограмма, отвечающая трем стадиям гибридного

способа определения толщины и состава пленочных покрытий.

¿СЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА BifflAPHHX ПОРОЕКОВБХ КОМПОЗИЦИЙ (ПК)

НА ОСНОВЕ СЕРЕЗРА

Для контроля состава ПК наЛ^ -основе методом ЛЭА. оптимизировали условия раздельного растворения компонентов проб (состав электролитов, начальный потенциал, скорость поляризации) с поверхности таблеточных электродов. Анодная поляризация бинарных ПК, включающих Jlcj и Sft ,ßi ,СО .Ott ,Pß ,Ztl, приводит к раздельному растворению компонентов ПК (рис.3): регистрируемая вольтампе-рограмма имеет два максимума парциального тока, пропорциональных содерханию компонентов. Используя такую зависимость, построенную по вольтамперограммам образцов сравнения, получают диаграмм состав-ток (рис.З), служащую градуировочным графиком, используемым при количественном анализе системы.

Получены аналитические зависимости, позволяющие реализовать способ анализа ПК компонентов А и В без построения диаграмм состав-ток :

Напряжение, В

и г раду иров очные графики К^ = + (в) при исследовании состава

бинарных ПК методом ЛЭА.

Содержание компонента В в ПК находят по аналогичной (1) формуле. Сценка содерхания компонентов в бинарной ПК о помощьо зависимости (1) сводится н регистрации парциальных тонов и ¿в, максимальных токов Эд и од растворения чистых компонентов вне композиции с последующим расчетом по ни« содержании и Сд , при условии знания плотностей компонентой 'д и Уд, а такхе эмпирических констант (1 и 6 , характерных для компонентов А и В. Данный способ значительно сокращает необходимый для построения диаграмм состав-ток объем иосладоаа'П.т, твх как требует анализа не более 5 образцов, включая 2 чисг-;". когмиш и 3 образца сравне-■ния сМО %-м разбросом по состав.

При'исследовании с порошками - V* уста-

новлено, что а 1 кА/Н^ЛОзрастворяется только , а второй металл ведет себя как инертная добавка, снижающая парциальный ток растворенияЛд пропорционально своему содержанию, Близкие механические (пластичность, твердость) и электрохимические свойства данных ПК обуславливают возможность их анализа с -помощью единого градуировочного графика, Градуировочкые графики состав-тон,построенные для ПК, могут использоваться и для аналогичных гальванических пороиковых сплавов (например, - № , §§ -Со,Лц -Р£>), если их компоненты не образуют мехду собой интерметаллических соединения.

В зависимости от природы ПК л их механических свойств ЛЗА позволяет проводить элементный анализ ПК с погрешностью ¿{0,5-3) % мае.

АНАЛИЗ ДИФФУЗИОННЫХ СЛОЕВ В ПОКРЫТИЯХ ПОД ПАЙКУ

Методом ЛЭА исследовали диффузионные слои, образующиеся в "2м- и & П.-содержащих покрытиях (П0С-61,5и-) в результате термодиффузионного взаимодействия с медной или латунной подложками.

Установлено, что наиболее удобным электролитом для анализа фазового состава диффузионных слоев я их .протяженности (толщины) в -покрытиях по меди является раствор, содержащий 100 г/л МйРд . Поляризационные кривые-покрытий, снятые непосредственно -после их отжига в течение 1 ч при 350°С, а также после годичного хранения неотоххенннх покрытий, имеют несколько характерных участков, начальный из которых, сравнением с поляризационными кривыми чистых 2п „ Си , отнесен к растворению -покрн-

тия, а остальные - процессам растворения латуней иа диффузионного слоя. С помощью соответствующих образцов сравнения, а также ГСО латуней ICO, М37 и М74 кулонометрически установлено, что наиболее протяженной в диффузионной зоне является У-фаза, по мере распространения фронта диффузии наблюдается постепенный переход € - и ¿'-фаз в o¿-латунь. Резработанная методика позволяет контролировать толщину гальванических осадков ?П.-пократий (0,14-1,0 мкм) и латунных слоев в диффузионной аоне (0,15-0,5 мкм) с погрешностью *(0,03-0,С6)мкм, а по потенциалам растворения идентифицировать и их фазовый состав, что создает основу оперативного контроля процесса диффузионного отжига Ü?П.-покрытий и дает однозначную информацию об однородности полученного латунного слоя.

Для определения фазового состава слоев в покрытиях Sri. -сплавами на Си -содержащих подложках предложен водный электролит JVW^ß^ (53-210 г/л), позволяющий получить отклик (скачок потенциала, максимум тока растворения), отвечающий процессу растворения всех реально воэмохных для диффузионной системы Sn. - Oll фазовых слоев на одной поляризационной кривой гальваностатического, потенциодинамического или потенциостатического растворения. Идентификация состава и измерение толщины осуществляется в одной контрольной операции, а не многостадийно, как это делалось ранее. Варьированием состава электролита и плотности тока оптимизированы условия растворения покрытия при минимальном боковом растравливании и наибольшем скачке потенциала при растворении каждого слоя: 1 иЛНцВРч ; плотность тока - 0;52 А/см*-. Проведены исследования фазовых изменений диффуз'йоШой äoliU шкрйтий сплавом Sn - РЬ (S1 % мае. 6а ) и SH - В1 (2 % Mac; BÍ } Йа меди и латуни в процессе их естественного старения (2¡5 ГоДё ;фаНё-нщ) при комнатной температуре. При этом изучей Вариант аналогичных покрытий, нанесенных на Mi -подслой (2,5 мкм), . осложняющий образование фазовых слоев. Контроль толщины Ж -подслоя 'осуществляли кулонометрически в растворе 1 М MH^PÍ + Mtf^F , который не дает разрешения сигналов растворения соединений Sn. и С'ц , но позволяет отличить процесс их суммарного растворения от лроцес' са растворашл самого JJi .

Таким образом, ДЭА,с помощью предложенного электролитаÜМл,ßf поэаоляет не только установить фазовый состав диффузионной зонн покрытий Sn. - Р5 , Sil - ßi , но и кулонометрически оценить

их протяженность с погрешности) *(0,08-0,30) мкм при средних толщинах интерметалличеоних слоев 0,4-4,5 ьлм.

ИССЛЕД09АНИЕ концентрационных профилей легирвдей принеси

в кремниевых эпитаксшышх структурах а- П. +-ТИПА

ЕЗА концентр&ционних профилей структур П. - ГЪ+-тила основан на гальваностатическои зондировании их слаболегированной (высоко-оиной) эпитаксиальной пленки (ЗП) до сильнслегированной (низкоом-ной) лодлохки с помощью проникающей с постоянной скоростью поверхности раздела электролит-полупроводник. Роль встречного зонда играет наружния графитовый контакт к подложке структуры, а регистрируемым параметром данного процесса яаляетоя ивмененив во времени ( t ) напряжения (Е) на выходе гальваностата, поддерживающего заданную плотность тока ( ^ ) растворения испытуемой структуры в ячейке (рис.1 б).

Исследования, проведенные с образцами сравнения эпитаксиаль-ных структур П -П+-типа с различными значениями толщины (Ь.эп) и среднего удельного сопротивления (р эп) ЭП, позволили оптимизировать условия анодного растворения: электролит - водный раствор 57 г/я^Н/1НГг+ 80 г/лЩ,М03; ] - 0,096-0,1590 А/см2. В этих условиях регистрограммы Е - £ имеют вид падающей кривой, стабилизирующейся на некотором постоянном значении напряжения Ек, определяемом заданным значением } , толщиной и средним удельным сопротивлением подложни ( рпояп). Время спада до Ек пропорционально Кэп, а текучие значения е определяются параметрами Л • Рэп» и Ьэп. Эмпирически найден вид звоисимости Л =

-/cj.h3n.Ae >ЭП

0 ° /___Е - __ \ 1,66 д

" 111008,99 7^9. Н-0,54» + Г-Дл (2)

формула (2) позволяет привести каждое разностное вначенив (Е - Бк) регистрограммы Ё -t к определенному значению толщины эпитаксиальной пленки и рассчитать соответствующее ей значение среднего удельного сопротивления, т.е. оценить профильр по толщине эпитаксиальннх структур.

Получена формула для расчета профиля распределения произведения концентрации легирующей примеси (.V ) на подвижность носителей основного заряда Ср. ):

<5г

1'Л I

я

а

>Н6

«о

а к

18

<9

о - ЛЭА А- С-У-иетодок

4.0

3.0 2.0 1.0 0.0

Толщина пленки, ккм

О

50

100 150 200 250

Время растворения, с Рис.4*1 Регистрограмма Е (1), профили распределения среднегс удельного сопротивления (2), произведения//^ (3) й концентрации легирующей примеси для структуры ь 1-15 . ; „ апсс .

40-------------- при I

250 ЗКЗС 0,01 °

0,0955 А/смг

Í Г/ E - E„ 41,66 я fl-1

^'(Psn^r^h----~rTir-T) .(3)

где ty - заряд электрона.

Пересчет профиля JVjtl -j ( К зп) в концентрационная профиль •М = / ( кэп) проводили по формуле, полученной апроксимацией известного для кремния градуировочного графика -ñ/ ):

М = ехр{2,з[А (ft^jU)2.* atqJíjU + с]} , (4)

р о

где А, 3, С - эмпирические константа (2,97-10 , -1,32-10 , 5,47, соответственно). Коэффициент корреляции значений М и ÁJU формулой (4) 0,9999.

На рис.4 представлена рогистрогракма Е -t для структуры с эпитаксиальной пленкой 5 мкм, а также рассчитанные по регистро-граиме профили распределения p3nxf( km),)fjl = f( Ьэп) и

Л =/( fl3n). Как видно из сопоставления результатов оценок профилей методами ЛЭА и вольт-фарадним (С -V ), oda метода да-dt близкие значения измеряемых параметров, но ЛЭА позволяет определить их в одной контрольной операции, в отличие от многостадийного С -V -метода. Достоинство ЛЭА также в том, что получаемые с его помощьо кривые £ -t практически полностью эквивалентны профило распределениярэп =f( h.3n), поэтому они могут самостоятельно использоваться для экспрессных оценок таких профилей. Как ^ показали исследования с различными структурами П.- ГЬ +-типа, ЛЗА мохет быть использован как для определения концентраций легируо-яей примеси в диапазоне Ю'^-1021 см~с, так и для определения толютш эпитаксиальной пленки (0,2-90 мкм) с погревностьо результатов измерений при П. эл ¿ 50 ккм и P3„¿ 2 0k-cm~*(5-8) %; с увеличением h3n и р эп погреяность измерения растет, что связано с составом электролита и ограничениями потенциостата П-5827К как гальваностата.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТА РАБОТЫ

1. .Оценены возможности локального электрохимического анализа (JÍ3A) в кулонометрическом контроле металлизации индивидуальными металлами (Ж Ja ¿Pd ,Jg ,6ü ,tt ,Ai ) и хрско-силицкднювг сплавам* (OzSi¡> + 20 % стекла, СйГ (54 %) +Те

(2 %) +51 (44 %)), нанесенными на инертные и полупроводниковые подложки (стенло, ситалл, кремний), а также их двуслойной металлизации (Лд /С7 ,Лд /Р({ , Си / сплав Ст. (54 %) + Те (2 %) (44 %)). Оптимизированы условия (электролит, рехим поляризации) контроля данных пленочных покрытий методом ЛЭА.

2. Разработан гибридный способ, объединяющий ЛЭА и инверсионную вольтамперометрию, для определения элементного состава и массы (толщины) пленочных покрытий в одной контрольной операции. Возможности спосрба реализованы но примере контроля гальванического покрытия сплавом $П-В1 (2-10 % мае. ы ) толщиной

5 «км,

3. Установлены условия селективного растворения таблеточных электродов (ТЗ) из бинарных порошковых композиций (ПК)Л% с Со ,

Си , Р& ,81 ,56' , используемых в технологии электронной техники. Полученные вольтамперограммы анодного растворения ПК имеют два четких максимума тока, высота которых пропорцио-' нальна содержанию компонентов, что позволяет-проводить элементный аналиэ ПК по градуировочным графикам, построенным с помощью образцов сравнения.

4. На примере ПК и порошковых электролитических сплавов (ЛЭС) Лд--Д|£ ,Лц -Со ,-Яд -Р& показано, что элементный вналив можно проводить по един ому градуировочному графику зависимости тока растворенияЛ<£ от его содержания в ПК и ПЭС при растворении ТЭ в одинаковых условиях (электролит, скорость полярива - -ции).

5. Найдены значения эмпирических коэффициентов для расчета градуи-ровочных графиков в виде зависимости парциальных тонов растворения компонентов от их содержания в исследованных ПК, Эмпирические коэффициенты использованы в разработанном на базе ЛЭА расчетном способе определения элементного состава бинарных ПК без построения градуировочных графиков. ЛЭА сплавленных ПК показал, что с увеличением степени химического взаимодействия между компонентами ПК в рядуЛд -РВ -Си ,Лд ~7.П , об - . ласть применимости аналитических выражений для оценки элементного состава.в случае ПК, сужается. Определены области составов бинарных термических сплавов^?^ -для которых выполняются 'аналитические выражения.

6. Показана возможность контроля методом ЛЭА фазового состава и

масси (толщины) диффузионных слоев в покрытиях цинком по меди.

7. Предложен электролит для определения фазового состава и массы (толщины.) диффузионных слоев в покрытиях сплавами олова. С его помощью проведен распределительный фазовый анализ диффузионных слоев, образующихся в процессе длительного (2,5 года) естественного старения (хрзнег

по меди и латуни.

8. Разработан оперативный способ ЛЭА для контроля концентрационных профилей в кремниевых, зпитаксиальных структурах Л. - П+-типа, основанный на их электрохимическомвондировании в условиях гальваностатического растворения, регистрации изменения во времени напряжения с последующим расчетом концентрационного профиля по найденному с помощью образцов сравнения эмпирическому выражению.

Основное содержание диссертации излохено в следующих публи-

1. Стифатов З.М., Ярцев М.Г., Кузьмина H.H. Определение толщины эпитаксиальных пленок кремниевых структур П - ГЪ+-тила//Строение и свойства молекул.-Куйбышев:КуГУ,1983.-С.60-63.

2. Стифатов 5.М. Определение толщины металлизации полупроводниковых структур методом линейной вольтампероиетрии//Электрон-ная техника.Сер. 6, Материалы.-1983.-Вып.7( 180).-С.57-59.

3. Стифатов d.M., Кольцов Ji.B., Ярцев М.Г. Зольтампорометричео-кое определение состава пороыковых композиций с помощью прижим-ноя электрохимической ячейки/'/Известия вузсв.Химия и химическая т ехнолог ия.-1984. -Т. 27, S3. -С. 314-317.

4.Стифатов В.М., Слепуинин В.В. Исследование полупроводниковых структур методом локальной вольтамперометрик//Перспектвн использования физико-химического анализа для разработки технологических процессов и методов аналитического контроля химического и фармацевтического производств:Tee.докл.респ.конф.-Пермь, 1985.-Т.2.-С. 134-125.

5. A.c.F 1272203 СССР, МИ4 ß 01 Л/ 27/48. Способ анализа металлических порошков/В. В. Слепувкин, Б.М.Стифатов, Л.В.Кольцов, Т.А.Никулаева.-* 3873635/23-25; 3аявл.26.03.85; Опубл. 23.11.86, Бюл.Р 23.-2 с.

тиях сплавами Sn-Pß

нациях:

6. Слопушкин B.B., Стифатов Б.М., Кольцов Л.В. Анодное растворение порошковых композиций и термических сплавов серебро-свинец, серебро-медь, серобро-цинк в условиях локальной вольтам-поромотрии // I.аналит.химии.- 1S86.-Т. 41, S Ю.-С. 1806-1811.

7. А.с.Р 1SC4C5G СССР. Will4 G-OiM27/48. Электролит для определения толщины покрытия нз основе олова / В.К.Стифатов, В.В.Сле-пушкин, Н.В.Зортунов и др. -f 4129954/? 1-02; Заявл.Ос.ОС.86; • Опубл.07.01.88, Зол.» 1.-1 с.

Ь. Слепушкин С.Б., Стифатов d.M., Нейман Ё.Я. Локальный электро-хииичоский анализ продуктов взаимной диффузии цинка и меди: Тоз.докл. Iii BcecoD3Horo совещания по полярографии.-Усть-Каме-ногорск,. 1937.-4.2.-C.402-40S.

S. Слепузкин В.В., Стифатов Б. У.., Нейман E.H. Локальный электрохимический анализ взаимная ди^фузшг цинка и меди. Определение толщины реактивного слоя цинкового покрытия и однородности диффузионного слоя латуни // I.аналит.химии.-1989.-Т.4С.Р 1.. С.С4-П7.

10. Заявка J? 4679S25/S1-25 СССР, Ш1ь G- Ol j/ 27/48. Способ определения качества покрытий и устройство для его осуществления / З.З.Слепузкин, Б.М.Стифатов, В.й.Рунтов, Е.Н.Черкасов; Заявл. 18.04.89; Полохительное решение от 04.04.90.