Способ измерения скорости образования и толщины пленок

т

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Саюз СОветских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 1З.VII.1970 (№ 1457948/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 07.I 1972. Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 13.III.1972

М. Кл. б Olb 11/06

Комитет по делам изобретений и открытий

УДК 667.783(088.8) при Савете Министров

СССР

Авторы изобретения

Д. И. Биленко, Ю. Н. Галишникова, С. Е. Пылаев и А. И. Смирнов

Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете им. Н. Г. Чернышевского

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ

И ТОЛЩИНЫ ПЛЕНОК

Изобретение относится к технике измерения скорости образования и толщины слоев в эпитаксиальных структурах в процессе их образования.

Известные оптические способы измерения

1олщины пленок основаны на использовании интерференции инфракрасного излучения, отраженного от поверхности раздела пленка-подложка.

Известные способы применимы только для измерения высокоомных эпитаксиальных слоев (р)0,09 ом слт), осажденных на низкоомную подложку (р(0,015 ом слт), а также тем, что измеряется толщина уже готового слоя после его извлечения из реактора. Тем самым контроль толщины носит пассивный характер.

Настоящий способ измерения толщины эпитаксиальных слоев позволяет проводить измеоения непосредственно в ходе получения эпитаксиальных структур независимо от уровня легирования подложки и растущих слоев, от колебаний температуры, состава и скорости прохождения газопаровой смеси благодаря то»у., что на подложке создают отражательную дифракционную решетку, представляющую собой чередование областей защитного покрытия и открытых участков подложки, затем облучают указанную решетку внешним когерентным источником излучения и регистрируют измененис интенсивности в одном из дифракционных максимумов излучения.

На фнг. 1 изображена кремниевая подложка, на поверхности которой созданы полоски

5 окисла SIO>., на фиг. 2 — фазовая решетка, образованная чередованием полосок окисла и кремния, свободного от окисла; на фиг. 3— зависимость распределения интенсивности отраженного лазерного излучения от угла 6 для

10 различных значений

2-,.

2 .тпиенки : о (4 :

), — 3 (б), а = -, (в) х = — - (г)

15 2 2

На поверхности кремниевой подложки методом маскирования создают одну или несколько полосок окисла SION, между которыми находится основная подложка кремния, свободная от окисла (см. фиг. 1). Затем подложку помещают в реактор, где предполагается производить наращивание. Лазерное излучение направляется через реактор на решетку, образованную чередованием полосок кремния

25 и окисла, отражается от нее и выходит из реактора (см. фиг. 2).

Для получения дифракционной картины от такой решетки необходимо, чтобы период решетки, определяемый как сумма ширины по30 лоски окисла и ширины полоски подложки, 325482 б

ыл бы порядка 10 — 100 Х, где Х вЂ” длина волны лазерного излучения. Кроме того, четкое разделение максимумов и минимумов интенсивности в дифракционной картине зависит от числа периодов решетки. Решетка, состоящая только из одной полоски окисла, окруженной основной подложкой кремния, дает достаточно четкую дифракционную картину распределения интенсивности.

В процессе с елективного эпитаксиального наращивания, когда пленка растет только на открытых участках кремниевой подложки и не растет на окисле, будет происходить изменение фазы луча, отраженного от подложки. Фаза же луча, отраженного от окисленного участка, изменяться не будет. Таким образом, освещенный участок подложки можно рассматривать как управляемую отражательную фазовую дифракционную решетку, причем управление фазой осуществляется самим процессом росга пленки.

Окончательная формула, описывающая дифракционное поле в дальней зоне кв

sin — sin 8

2 sin" N кв sin 8 кв \* sin кв sin Π— в1пй)

2 )((1 + соз (g8 81I18 + Z)) где 0 — дифракционный угол, b — ширина полоски окисла, равная ширине полоски подложки, 2z иплепки разность фаз лучей, отраженХ ных от пленки и от подложки, dn neman — тол щин а эпитаксиальнои пленки.

Эта формула полностью описывает распределение интенсивности rio углу дифракции. Зависимость распределения интенсивности or разности фаз приводит к перераспределению интенсивности в максимумах. На фиг. 3 приведено распределение интенсивности от угла

8 для различных значений сс=0, вЂ,;т, — -,, 2 2 что соответствует толщинам выращенной плен). ), 3, ки d„. О,—, —, Х соответственно. Если приемником настроиться на один из максимумов, то интенсивность в нем будет меняться по закону

111, сов

Проводя ее непрерывную запись, можно в любой данный момент времени определять толщину выращиваемой пленки и скорость ее роста. Точность определения толщины будет

=-ависеть от соотношения сигнал/шум на приемнике. Но даже при грубой оценке можно сказать, что данная методика позволяет оценивать толщину растущей пленки с точностью

), не хуже чем —, что полностью удовлетворяет

8 требованиям современной микроэлектроники при использовании видимого излучения, Предмет изобретения

Способ измерения скорости образования и толщины пленок в процессе их образования, отличающийся тем, что, с целью получения результатов, не зависящих от оптических свойств

25 растущего слоя, подложки, ранее выращенных и переходных слоев, температуры проведения процесса наращивания или ее колебаний, на подложке создают отражательную фазовую дифракционную решетку, представляющую со3о бой чередование областей защитного покрытия, обеспечивающее селективное наращивание, и открытых участков подложки, затем облучают указанную решетку внешним когерентным излучением и регистрируют изменение

35 интенсивности в одном из дифракционных максимумов излучения, отраженного от участков защитного покрытия и от незащищенных участков растущей пленки, причем толщину и скорость образования выращиваемой пленки

40 определяют из условия, что расстояние между соседними минимумами регистрируемого сиг), нала соответствует приращению пленки Ad=

2 где т. — длина волны излучения.

325482

Фиъ. 1

Ж7, сфно „ иолу чвнив

Фиг. 2

Фи-. 8

Составитель С. Соколова

Техред А. Камышникова

Корректор О. Зайцева

Р<лакiоп Ю. Полякова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 530/17, Изд. № 216 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прн Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5