Электролитические и оптические методы контроля РЭСИ (стр. 2 из 3)

Цвета плёнок двуокиси кремния в зависимости от толщины

Цвет пленки	Толщина пленки двуокиси кремния, мкм
Бежевый	0,05
Темно-фиолетовый
Светло-красновато-фиолетовый	0,85

Относительная погрешность измерения толщины пленок составляет 10%.

Первый эллипсометрический параметр (отношение амплитуд компонент, параметр условно обозначили через тангенс) определяется из соотношения:

Второй эллипсометрический параметр определяется из соотношения:

Рисунок 8 – Оптическая схема линзового диаскопа (изображение

мнимое, прямое, увеличенное)

Рисунок 9 – Оптическая схема зеркального диаскопа с искусственно-

подсветкой (изображение действительное, обратное, увеличенное)

Таким образом, параметр А есть относительная разность фаз между Р и Sкомпонентами, возникшая вследствие отражения от рассматриваемой структуры. Основное уравнение эллипсометрии имеет вид:

Величина р для случая тонкой прозрачной диэлектрической пленки на поверхности полупроводника является функцией, показателей преломления окружающей среды, пленки и подложки

, толщины пленки d, длины волны лизерия л и угла падения луча на образец –

(см. рис. 10).

Конкретная зависимость имеет вид

Рисунок 10 – Ход лучей при отражении линейно поляризованного

света от поверхности полупроводника с пленкой

r₁_p,r₂_p, r₁_s, r₂_s – соответственно коэффициенты отражения раздела «воздух-пленка» и «пленка-подложка»;

– изменение фазы, вызванное прохождением луча света через пленку толщиной d.

Метод контроля с помощью интерференциональных микроскопов. Для контроля толщины покрытия необходимо получить на подложке, с напыленной на ней пленкой, уступ. Толщина слоя находится как:

где а – величина изгиба полосы

b – расстояние между соседними темными и светлыми полосами.

л–длина волны источника света

Широко распространенный микроскоп МИИ-4 позволяет контролировать толщину пленок от 0,03 до 2,2 мкм с относительной погрешностью 5%.

Метод контроля с помощью лазерной интерферометрии (контроль диэлектрических пленок в процессе их получения).

Вследствие интерференции отраженных от границ («пленка – подложка» и «пленка – среда») лучей, интенсивность сигнала фотоэлемента меняется периодически с изменением толщины наращиваемой пленки. Общая толщина диэлектрической пленки нанесенной на стеклянную или ситалловую подложку:

где Z – суммарное число экстремумов (т.е. максимумов и минимумов); л – длина волны монохроматического света; n – показатель преломления пленки; ц – угол преломления луча в пленки.

Лазерная интерферометрия позволяет контролировать не только суммарную толщину, но и промежуточную. Для измерения толщины эпитаксиальных слоев от 2 до 50 мкм используется спектральный диапазон инфракрасного (ИК) излучения. В диапазоне ИК волн исследуемые пленки прозрачны.

Поляризационный (эллипсометрический) контроль.

Этот метод основан на изменении поляризации света, отраженного от подложки с тонкой прозрачной пленкой на поверхности. [29;30] При освещении подложки линейно-поляризованным светом, составляющие излучения (параллельная и перпендикулярная плоскости падения) отражаются по разному, в результате чего, после отражения излучение оказывается эллиптически поляризованным (рис.11). Отсчет положительных значений угла ведется против часовой стрелки. Измерив эллиптичность отраженной волны, можно определить свойства пленки, вызвавшей изменения поляризации. Состояние эллиптической поляризации определяется двумя эллипсометрическими параметрами

и А.

Зная оптические параметры, толщину пленки d (изменяется от 0,5 до 10 мкм), длину волны л (составляет 0,5-0,6 мкм), угол падения

(изменяется от 45° до 75°) и экспериментально определив значение

и А и определяют показатель преломления

. Результатами расчета являются номограммы (рис. 12), на которых представлены зависимости A,

. Величины ши А являются периодическими функциями толщины и повторяются через так называемый эллипсометрический период равный 250...300 нм, в зависимости от показания преломления п, и угла падения

. После приближенного определения

, а также и в том случае, когда величина n, известна заранее, используют кривые

(рис 13), построенные для определенного значения углов падений и показателей преломления для более точного определения толщины пленки d. Используя лазерную эллипсометрию, определяют толщины пленок от

до 17 мкм и показатели преломления от 1,1 до 3,0.

Разновидностью эллипсометрии является инфракрасная эллипсометрия. Она используется для определения толщины пленок и концентрации носителей заряда в сильнолегированных подложках (структуры nn+, pp+, Si, Ge, GaAs). Контроль толщины осуществляется в диапазоне от 1 до 10 мкм в структурах кремния, GaAs на 154мкм. В сильнолегированных положках из-за большого поглощения света на свободных носителях (исследуемая пленка становиться непрозрачной для видимого диапазона длин волн) показатель преломления начинает зависеть от концентрации носителей.