satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2016-15-4-329-334sat-938Research ArticleЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫELEСТRONIC SYSTEMSИЗМЕРЕНИЕ ГЛУБИНЫ НАРУШЕННОГО СЛОЯ НА ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН МЕТОДОМ ОЖЕ-СПЕКТРОСКОПИИDEPTH MEASUREMENT OF DISRUPTED LAYER ON SILICON WAFER SURFACE USING AUGER SPECTROSCOPY METHODСолодухаВ. А.SolodukhaV. A.

Адрес для переписки: Солодуха Виталий Александрович – ОАО «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Республика Беларусь Тел.: +375 17 212-32-32  office@integral.by

Address for correspondence: Solodukha Vitaliy A. – JSC “Integral” – Holding managing company “Integral”, 121а Kazinza str., 220108, Minsk, Republic of Belarus Tel.: +375 17 212-32-32  office@integral.by

office@integral.byБелоусА. И.BelousA. I.

Член-корр. НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор

Corresponding Member of NAS of Belarus, Professor, PhD in Engineering

ЧигирьГ. Г.ChyhirG. G.

PhD in Engineering

Интеграл – управляющая компания холдинга «Интеграл»БеларусьIntegral – Holding managing company “Integral”Belarus201622082016154329334Copyright © Солодуха В.А., Белоус А.И., Чигирь Г.Г., 20162016Солодуха В.А., Белоус А.И., Чигирь Г.Г.Solodukha V.A., Belous A.I., Chyhir G.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/938

Предложен метод измерения глубины нарушенного слоя на поверхности кремниевых пластин, основанный на использовании оже-спектрометра с прецизионным распылением поверхностных слоев кремния и регистрацией интенсивности выхода оже-электронов. Для измерения глубины нарушенного слоя с помощью оже-спектроскопии снимается зависимость количества выходящих оже-электронов от времени распыления (профиль), и затем эта зависимость анализируется. Количество кремния в нарушенном слое меньше, чем в объеме. По мере углубления нарушенный слой уменьшается, что соответствует увеличению плотности атомов в одиночном слое. Сущность метода заключается в том, что нарушенный слой удаляется распылением пучком ионов, а выявление границы раздела осуществляется путем регистрации интенсивности выхода оже-электронов с распыляемой поверхности до достижения ею величины, равной интенсивности выхода оже-электронов для монокристаллического кремния. Регистрация интенсивности выхода оже-электронов с поверхности кремния при удалении поверхностных слоев кремния позволяет эффективно контролировать наличие нарушенного слоя на поверхности кремниевой пластины. Причем локальность контроля по глубине из-за особенностей метода оже-спектроскопии составляет около 1,0 нм. Интенсивность выхода оже-электронов определяется на оже-спектрометре автоматически, и по мере удаления нарушенного слоя она постепенно возрастает. Глубину нарушенного слоя определяют измерением высоты ступеньки, образованной в результате удаления нарушенного слоя с поверхности кремниевой пластины. Метод оже-спектроскопии обеспечивает эффективный контроль глубины повреждений поверхности на этапах изготовления кремниевых пластин и интегральных микросхем. Диапазон измерения глубины нарушений 0,001–1,000 мкм.

The paper proposes a method for depth measurement of a disrupted layer on silicon wafer surface which is based on application of Auger spectroscopy with the precision sputtering of surface silicon layers and registration of the Auger electron yield intensity. In order to measure the disrupted layer with the help of Auger spectroscopy it is necessary to determine dependence of the released Auger electron amount on sputtering time (profile) and then the dependence is analyzed. Silicon amount in the disrupted layer is less than in the volume. While going deeper the disruptive layer is decreasing that corresponds to an increase of atom density in a single layer. The essence of the method lies in the fact the disruptive layer is removed by ion beam sputtering and detection of interface region is carried out with the help of registration of the Auger electron yield intensity from the sputtered surface up to the moment when it reaches the value which is equal to the Auger electron yield intensity for single-crystal silicon. While removing surface silicon layers the registration of the Auger electron yield intensity from silicon surface makes it possible to control efficiently a presence of the disrupted layer on the silicon wafer surface. In this case depth control locality is about 1.0 nm due to some peculiarities of Auger spectroscopy method. The Auger electron yield intensity is determined automatically while using Auger spectrometer and while removing the disrupted layer the intensity is gradually increasing. Depth of the disrupted layer is determined by measuring height of the step which has been formed as a result of removal of the disrupted layer from the silicon wafer surface. Auger spectroscopy methods ensures an efficient depth control surface disruptions at the manufacturing stages of silicon wafers and integrated circuits. The depth measurement range of disruptions constitutes 0.001–1.000 um.

кремниевая пластинанарушенный слойоже-электроныглубина нарушенийsilicon waferdisrupted layerAuger electrondepth of disruptionReferencesМетоды контроля нарушенных слоев при механической обработке монокристаллов / А. И. Татаренков [и др.]. М.: Энергия, 1978. 64 с.Tatarenkov A. I., Enisherlova K. L., Rusak T. F., Gridnev V. N. (1978) Methods for Control of Disarrayed Layers During Mechanical Machining of Mono-Crytals. Moscow, Energia. 64 (in Russian).Луфт, Б. Д. Физико-химические методы обработки поверхности полупроводников / Б. Д. Луфт. М.: Радио и связь, 1982. С. 16–18.Luft B. D. (1982) Physical and Chemical Methods for Machining of Semiconductor Surface. Moscow, Radio i Svyaz, 16–18 (in Russian).Test Method for Measuring the Depth of Crystal Damage of a Mechanically Worked Silicin Slice Surface by Angle Polishing and Defect Etching: Standard SEMI MF950–1106 // Annual Book of ASTM Standard. USA: American Society for Testing and Materials, 1999. Vol. 10.05: Electronics II (Electrical Insulation and Electronics). P. 315.Standard SEMI MF950–1106. Test Method for Measuring the Depth of Crystal Damage of a Mechanically Worked Silicon Slice Surface by Angle Polishing and Defect Etching. Annual Book of ASTM Standard, 10.05. Electronics II (Electrical Insulation and Electronics). American Society for Testing and Materials, 1999, 315.Химическая обработка в технологии ИМС / В. П. Василевич [и др.]. Полоцк: ПГУ, 2001. С. 174–185.Vasilevich V. P., Kisel A. M., Medvedeva A. B., Plebanovich V. I., Rodionov Iu. A. (2001) Chemical Treatment in IMS Technology. Polotsk: Polotsk State University, 174–185 (in Russian).Берченко, Н. Н. Методы электронной и ионной спектроскопии для исследования поверхности и границ раздела в полупроводниковой электронике. Ч. 1 / Н. Н. Берченко, Н. Р. Аигина // Зарубежная электронная техника. 1986. № 9 (304). 86 с.Berchenko N. N., Aigina N. R. (1986) Methods for Electronic and Ionic Spectroscopy to Investigate Surface and Interfaces in Semiconductor Electronics. Part 1. Zarubezhnaya Elektronnaya Tekhnika [Foreign Electronic Equipment], 304 (9). 86 (in Russian).Берченко, Н. Н. Методы электронной и ионной спектроскопии для исследования поверхности и границ раздела в полупроводниковой электронике. Ч. 2 / Н. Н. Берченко, Н. Р. Аигина // Зарубежная электронная техника. 1986. № 10 (305). 85 с.Berchenko N. N., Aigina N. R. (1986) Methods for Electronic and Ionic Spectroscopy to Investigate Surface ?nd Interfaces In Semiconductor Electronics. Part 2. Zarubezhnaya Elektronnaya Tekhnika [Foreign Electronic Equipment], 305 (10). 85 (in Russian).Холева, Л. Д. Методы электронной спектроскопии для анализа материалов электронной техники / Л. Д. Холева, В. С. Шкиров // Зарубежная электронная техника. 1979. № 4 (199). С. 3–33.Kholeva L. D., Shkirov V. S. (1979) Methods for Electronic Spectroscopy to Analyze Materials of Electronic Equipment.Zarubezhnaya Elektronnaya Tekhnika [Foreign Electronic Equipment], 199 (4), 3–33 (in Russian).Способ измерения глубины нарушенного слоя на поверхности кремниевой полупроводниковой пластины: пат. 5907 Респ. Беларусь, МПК С1 Н 01 L 21/66 / Г. Г. Чигирь, Л. П. Ануфриев, В. А. Ухов, Л. П. Пеньков; дата публ. 30.03.2004.Chigir G. G., Anufriev L. P., Ukhov V. A., Penkov L. P. (2004) Method for Measuring Depth of Disarrayed Layer on the Surface of Silicon Semiconductor Plate. Patent Republic of Belarus No 5907 (in Russian).Измерение глубины повреждений поверхности кремниевых пластин методом оже-спектроскопии и ионного распыления / А. С. Турцевич [и др.] // Радиационная физика твердого тела: тр. 20-го Междунар. совещания, 6–8 июля 2010 г., Севастополь, Украина. М.: НИИ ПМТ, 2010. Т. 2. С. 556–562.Turtsevich A. S., Shvedov S. V., Chigir G. G., Ukhov V. A. (2010) Measurement of Damage Depth on Silicon Plate Surface while Using Methods of Auger Spectroscopy and Ion Sputtering. Radiatsionnaia Fizika Tverdogo Tela: tr. 20-go Mezhdunar. Soveshchaniia. T. 2 [Radiation Physics of Solid Body: Proceedings of 20th International Meeting, July 6–8, 2010, Sevastopol, Ukraine. Vol. 2]. Moscow, Research Institute of Advanced Materials and Technologies, 556–562 (in Russian).The Measurement of the Depth of Damaged Layer on Surface of Silicon Wafers by the Method of Auger Spectroscopy / A. Turtsevich [et al.] // New Electrical and Electronic Technologies and Their Industrial Implementation (NEET 2013): Proceedings of the 8th International conference, Zakopane, Poland, June 18–21, 2013. Warsaw: Pol. Acad. of Sciences, Inst. of Physics, 2014. Р. 17.Turtsevich [et al.] (2014) The Measurement of the Depth of Damaged Layer on Surface of Silicon Wafers by the Method of Auger Spectroscopy. New Electrical and Electronic Technologies and their Industrial Implementation (NEET 2013): Proceedings of the 8th International Conference, Zakopane, Poland, June 18–21, 2013. Warsaw: Pol. ?cad. of Sciences, Inst. of Physics, 17.Analysis of the Disrupted Layer on the Surface of the Silicon Wafers, Based on the Ion-Sputtering and AugerSpectroscopy / V. А. Solodukha [et al.] // New Electrical and Electronic Technologies and their Indastrial Implementation: Proc. of the 9thInt. Conf. Zakopane, Poland, 23–26 June 2015. Lublin: Lublin University of Technology, 2015. Р. 21.Solodukha V. A., Shvedov S. V., Ponaryadov V. V., Pilipenko V. A., Chyhir R. R. (2015) Analysis of the Disrupted Layer on the Surface of the Silicon Wafers, Based on the Ion Sputtering and Auger Spectroscopy. New Electrical and Electronic Technologies and their Indastrial Implementation: Proc. of the 9th Int. Conf. Zakopane, Poland, 23–26 June 2015. Lublin: Lublin University of Technology, 21.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.