СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТАВА МАТЕРИАЛА ПРИ ФОРМИРОВАНИИ СТРУКТУРЫ Российский патент 2010 года по МПК G01N21/17 H01L21/66 B82B3/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам оптико-физических измерений, базирующихся на эллипсометрии, и может быть использовано для неразрушающего контроля состава материала по толщине эпитаксиально выращиваемых слоев, характеризующихся наличием градиента состава.

Известен способ контроля состава материала при формировании структуры (V.S.Varavin, V.V.Vasiliev, S.A.Dvoretsky, N.N.Mikhailov, V.N.Ovsyuk, YU.G.Sidorov, A.O.Suslyakov, M.V.Yakushev, A.L.Aseev «HgCdTe epilayers on GaAs: growth and devices», Opto-electronics review, 11, no. 2, 2003, p.p.99-111), заключающийся в том, что в процессе формирования слоя осуществляют измерение в непрерывном режиме эллипсометрических параметров Ψ и Δ, по результатам измерения эллипсометрических параметров определяют оптические постоянные и, следовательно, состав материала слоя и его толщину. Контроль возможен благодаря зависимости оптических постоянных от состава материала.

Для прецизионного контроля материала и состава слоев используют оборудование с высоким быстродействием и точностью измерений, в частности эллипсометр ЛЭФ-755 или ЛЭФ-751.

Также известен способ контроля состава материала при формировании структуры (Н.Н.Михайлов, В.А.Швец, С.А.Дворецкий, Е.В.Спесивцев, Ю.Г.Сидоров, С.В.Рыхлицкий. «Выращивание наноструктур на основе Cd_xHg_1-xTe с эллипсометрическим контролем», Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2003 г., №10, с.с.77-82), заключающийся в том, что в процессе формирования слоя осуществляют измерение в непрерывном режиме эллипсометрических параметров Ψ-Δ, в результате отражения света от границы растущего слоя, приводящего к интерференционным осцилляциям эллипсометрических параметров, исчезающих с увеличением толщины растущего слоя, фиксируют эволюцию эллипсометрических параметров в Ψ-Δ плоскости в виде логарифмической спирали, сворачивающейся к предельной точке, или ее участка, при формировании следующего слоя другого состава, обеспечивающего появление в приповерхностной области оптической границы раздела, наблюдают скачкообразное изменение амплитуды осцилляции, пропорциональное изменению оптической постоянной из-за смены состава, и в плоскости Ψ-Δ фиксируют излом, являющийся точкой «сшивания» кривых в виде логарифмических спиралей, сворачивающихся к своим предельным точкам, или их участков, выполняющий функцию индикатора изменения состава слоя и определяющий положение границы между слоями, по результатам измерения эллипсометрических параметров определяют оптические постоянные и далее состав материала слоя и его толщину. Контроль возможен благодаря зависимости оптических постоянных от состава материала.

Измерение эллипсометрических параметров Ψ и Δ для прецизионного контроля состава материала слоев проводят на оборудовании с высоким быстродействием и точностью измерений, в частности эллипсометре ЛЭФ-755.

Также выявлен способ контроля состава материала при формировании структуры (Н.Н.Михайлов, В.А.Швец, С.А.Дворецкий, Е.В.Спесивцев, Ю.Г.Сидоров, С.В.Рыхлицкий, Р.Н.Смирнов. «Эллипсометрический контроль роста наноструктур на основе Cd_xHg_i-xTe», Автометрия. 2003 г., том 39, №2, с.с.71-79), заключающийся в том, что в процессе формирования слоя осуществляют измерение в непрерывном режиме эллипсометрических параметров Ψ и Δ, в результате отражения света от границы растущего слоя, приводящего к интерференционным осцилляциям эллипсометрических параметров, исчезающих с увеличением толщины растущего слоя, фиксируют эволюцию эллипсометрических параметров в Ψ-Δ плоскости в виде логарифмической спирали, сворачивающейся к предельной точке, или ее участка, при формировании следующего слоя другого состава, обеспечивающего появление в приповерхностной области оптической границы раздела, наблюдают скачкообразное изменение амплитуды осцилляции, пропорциональное изменению оптических постоянных из-за смены состава, и в плоскости Ψ-Δ фиксируют излом, являющийся точкой «сшивания» кривых в виде логарифмических спиралей, сворачивающихся к своим предельным точкам, или их участков, выполняющий функцию индикатора изменения состава слоя и определяющий положение границы между слоями, по результатам измерения эллипсометрических параметров определяют оптические постоянные и далее состав материала слоя и его толщину. Контроль возможен благодаря зависимости оптических постоянных от состава материала.

Измерение эллипсометрических параметров Ψ и Δ для прецизионного контроля состава материала слоев проводят на оборудовании с высоким быстродействием и точностью измерений, в частности эллипсометре ЛЭФ-755.

В приведенных технических решениях неразрушающий контроль состава материала возможен в случаях формирования структур, состоящих из однородных по составу слоев, с резкими скачкообразными изменениями состава между слоями и с незначительными изменениями состава по толщине внутри каждого слоя. Изменение состава в слое можно считать незначительным, если выполняется условие (dx/dz)λ<<1, где х - состав, z - координата по толщине слоя, λ - длина волны. При выполнении этого условия изменение параметров Ψ и Δ по толщине растущего слоя определяется только отражениями на границах слоя и соответствует среднему значению состава в слое. В иных случаях, то есть при формировании многослойных структур с наличием существенных градиентов состава, осуществление указанного контроля не представляется возможным.

Причина, препятствующая достижению технического результата, заключается в том, что использовать представление результатов эллипсометрических измерений Ψ и Δ в плоскости Ψ и Δ для определения состава по оптическим постоянным недостаточно.

Техническим результатом изобретения является достижение возможности неразрушающего контроля состава материала при росте структур, в том числе и многослойных, характеризующихся наличием существенного градиента состава.

Технический результат достигается в способе контроля состава материала при формировании структуры, заключающемся в том, что в процессе формирования слоя осуществляют измерение эллипсометрических параметров Ψ и Δ, затем вычисляют производную, при этом в качестве функции выбирают один из эллипсометрических параметров, а в качестве аргумента - другой эллипсометрический параметр, результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр в виде кривой, по которой определяют оптические постоянные, изменение состава материала слоя, причем вычисление производной эллипсометрического параметра осуществляют с точностью, достаточной в представлении производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр для соотнесения получаемых кривых с контролируемыми слоями разного градиента состава.

В способе производная кусочно-непрерывна с точками разрыва первого рода.

В способе производная непрерывна.

В способе определяют оптические постоянные, изменение состава материала слоя, а также его толщину.

В способе как изменение материала слоя состава определяют его градиент.

В способе результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр в виде кривой, характеризующейся, по крайней мере, наличием одного излома при формировании последовательности слоев.

В способе результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр в виде кривой, характеризующейся, по крайней мере, наличием одного разрыва при формировании последовательности слоев.

В способе результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр в виде кривой, характеризующейся изломами и разрывами при формировании последовательности слоев.

В способе вычисляют производную эллипсометрического параметра dΔ/dΨ и/или dΨ/dΔ, результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр dΔ/dΨ - Δ, или dΨ/dΔ - Δ, или dΔ/dΨ - Ψ, или dΨ/dΔ-Ψ.

В способе точность вычисления производной, достаточная в представлении производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр для соотнесения получаемых кривых с контролируемыми слоями разного градиента состава, описана выражением (4/n^1/2)×{[δΔ/(Ψ_n-Ψ₁)]+[δΨ(Δ_n-Δ₁)]}, где δΨ и δΔ - относительная точность измерения эллипсометрических параметров, Ψ_n-Ψ₁ и Δ_n-Δ₁ - интервал изменений параметров, n - количество измерений на этом интервале, задана используемым при контроле эллипсометром и равна в количественном выражении от 0,1 до 0,2.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами. На Фиг.1 показаны кривые, отражающие эволюцию эллипсометрических параметров при формировании структур с изменением состава Cd_xHg_1-xTe по толщине, кривая B₁C₁D₁E₁F₁ соответствует структуре с резкими изменениями состава в слоях, точка B₁ совпадает с точкой C₁, а точка D₁ - с E₁; кривая BCDEF приведена для структуры с монотонными изменениями состава в слоях, соответствующих участкам ВС и DE; на вставке схематически показан профиль состава по толщине структуры с монотонными изменениями состава в слоях, соответствующих участкам ВС и DE, при этом толщина слоя, соответствующего участку ВС, равна d₁=8 нм, толщина слоя, соответствующего участку CD, равна d₂=10 нм, для структуры с резкими изменениями состава толщина слоев, соответствующих участкам ВС и DE, равна 0. На Фиг.2 дана расчетная кривая эволюции эллипсометрического параметра Δ и его производной dΔ/dΨ, построенная в координатах эллипсометрический параметр Δ - его производная dΔ/dΨ, для случая формирования структуры, в составе которой выполнены слои с градиентом состава толщиной 2 нм, с изменением состава в слоях на δ_х=0,6. На Фиг.3 приведены номограммы, показывающие эволюцию эллипсометрического параметра Δ и его производной dΔ/dΨ при росте слоев Cd_xHg_1-xTe с разным градиентом состава х (сплошные линии), но с одним и тем же для всех слоев изменением состава δх=0,6: где 1 - кривая для слоя толщиной 1 нм с градиентом, равным 0,6 нм^-1; 2 - кривая для слоя толщиной 2 нм с градиентом, равным 0,3 нм^-1; 3 - кривая для слоя толщиной 4 нм с градиентом, равным 0,15 нм^-1; 4 - кривая для слоя толщиной 8 нм с градиентом, равным 0,075 нм^-1 (пунктирные линии с шагом 0,2 нм при пересечении ими указанных кривых-номограмм отсекают на них участки, соответствующие слоям одной и той же толщины - числа возле них: 1,0 нм, 0,8 нм, 0,6 нм). На Фиг.4 показаны результаты измерения эллипсометрических параметров на эллипсометре ЛЭФ-755 в процессе роста пленки Cd_xHg_1-xTe постоянного состава; разброс точек определяет точность измерения.

В любом случае осуществление неразрушающего контроля заключается в выполнении в процессе выращивания структуры измерений эллипсометрических параметров, по результатам которых в конечном итоге определяют оптические постоянные и на основании последних профиль состава по толщине. Возможность контроля при выращивании структур обусловлена зависимостью оптических постоянных от состава материала.

В вышеприведенных технических решениях было показано, что для определения постоянного состава растущего слоя достаточно измерить фрагмент кривой эволюции эллипсометрических параметров в Ψ-Δ плоскости, соответствующий хотя бы нескольким нанометрам этого растущего слоя. При росте следующего однородного слоя с резкой сменой состава указанная кривая претерпевает излом, который является индикатором смены состава и границы раздела слоев (см. Фиг.1). На Фиг.1 кривая B₁C₁D₁E₁F₁, характеризующаяся изломом, демонстрирует эволюцию эллипсометрических параметров при росте двухслойной структуры Cd_xHg_1-xTe c резким изменением состава, например, аналогичной структуре, профиль которой изображен на вставке указанной фигуры, но не содержащей слои с монотонными изменениями состава, соответствующие участкам ВС и DE, то есть при толщине слоев, соответствующих участкам ВС, и DE, равной нулю. Данная структура содержит только слои, соответствующие участкам CD и EF, и на рассматриваемой кривой B₁C₁D₁E₁F₁ эволюции эллипсометрических параметров точка B₁ совпадает с точкой C₁, а точка D₁ - с E₁.

При выращивании структуры, характеризующейся в слое/слоях наличием существенного градиента состава, при котором (dx/dz)λ~l или (dx/dz)λ>>1, осуществление эллипсометрического контроля с использованием представления эллипсометрических параметров только в Ψ-Δ плоскости становится невозможным. Как видно по кривой BCDEF (см. Фиг.1), соответствующей структуре Cd_xHg_1-xTe, профиль состава которой изображен на вставке, при монотонном изменении состава (см. вставка Фиг.1) изломы кривой эволюции эллипсометрических параметров в Ψ-Δ плоскости, являющиеся индикаторами смены состава и границ слоев, исчезают. Участки ВС, CD, DE, EF, принадлежащие различным слоям, в том числе и с градиентом состава, которые образуют кривую эволюции эллипсометрических параметров BCDEF, «сшиты» гладко. Функция является кусочно-гладкой. В точках С, D, Е, соответствующих границам градиентных слоев, отсутствуют изломы на кривой роста в Ψ-Δ координатах. Кроме того, при построении кривых эволюции параметров Ψ, Δ для нескольких структур с профилями состава, подобными профилю на вставке Фиг.1, то есть с одним и тем же изменением состава в слое на δх=0,6, но разными градиентами состава на участках ВС и DE, будет иметь место в пределах экспериментальной погрешности наложение семейства кривых друг на друга, в частности участков кривых, относящихся к слоям с разным градиентом состава, а как следствие, невозможность отнесения к одному или другому слою.

Возможность достижения технического результата базируется на том, что производная dΔ/dΨ при формировании оптически неоднородных структур является функцией текущего значения комплексного показателя преломления N=n-ik (В.А.Швец «Определение профилей оптических постоянных неоднородных слоев из эллипсометрических измерений in situ», Автометрия, №6, с.с.25-33 (1993 г.)). Применительно к способу осуществления контроля состава выращиваемой структуры, в том числе и многослойной, важно, во-первых, что производная dΔ/dΨ является функцией текущего значения состава х, поскольку оба показателя, и преломления - n, и поглощения - k зависят от состава, например, при формировании структур Cd_xHg_1-xTe, во-вторых, что производная кусочно-гладкой функции является кусочно-непрерывной с точками разрыва первого рода.

Аналогичным образом вторая производная d²Δ/dΨ² зависит от комплексного показателя преломления и его градиента в точке измерения, то есть от текущего состава и его градиента. Выражая оптические постоянные через состав х, получим:

где х - состав;

х' - градиент состава.

Приведенные соотношения показывают, что кривая в Ψ-Δ плоскости претерпевает излом при условии наличия скачка состава, соответственно, наблюдается и скачок первой производной dΔ/dΨ. При условии наличия скачка первой производной состава в соответствующих точках «сшивания» участков, принадлежащих различным слоям, в частности с градиентом состава (точки С, D, Е) (см. Фиг.1), на кривой эволюции эллипсометрических параметров должны иметь место скачки вторых производных.

Таким образом, из вышесказанного напрашивается вывод, что для анализа результатов эллипсометрических измерений и определения состава материала формируемой структуры следует привлекать информацию о производных эллипсометрических параметров, то есть вычислять наклон кривой эволюции эллипсометрических параметров.

Действительно, расчетная кривая эволюции эллипсометрического параметра и его производной, построенная в координатах dΔ/dΨ-Δ (см. Фиг.2) и соответствующая структуре, профиль состава которой показан на вставке, в отличие от номограммы Ψ-Δ (см. Фиг.1) демонстрирует изломы в точках D и Е, характерные для изменения состава. В точке С приведенной кривой излом, свойственный изменению состава, неярко выражен. Однако он отчетливо проявляется, если построить аналогичную кривую в координатах dΨ/dΔ-Ψ. Для выявления изломов, свойственных смене состава, возможно использование также представлений в координатах dΨ/dΔ-Δ и dΔ/dΨ-Ψ. Если при формировании многослойной структуры перед ростом или после роста слоя с градиентом состава резко меняют состав материала, то на кривой эволюции эллипсометрического параметра и его производной появляются разрывы, являющиеся также индикаторами смены состава и границы раздела слоев.

Резюмируя вышесказанное, в общем случае эллипсометрический послойный контроль при формировании структуры с градиентом состава включает, во-первых, измерение в процессе формирования слоев эллипсометрических параметров Ψ и Δ, во-вторых, в вычислении производной. В частных случаях производная непрерывна или кусочно-непрерывна с точками разрыва первого рода. Первый случай свойственен для формирования структуры, содержащей единственный слой. Второй случай - для структур, содержащих два слоя и более. При дифференцировании в качестве функции выбирают один из эллипсометрических параметров, а в качестве аргумента - другой эллипсометрический параметр. В-третьих, результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр в виде кривой, в частности, характеризующейся изломами, или разрывами, или изломами и разрывами при формировании каждого следующего слоя, в том числе и с градиентом состава, по которой, в-четвертых, на основании расчетов определяют оптические постоянные, состав материала и толщину слоя. Разрывы кривой соответствуют ситуации, когда при формировании структуры имеется скачок состава. Разрывы и изломы кривой являются индикаторами границ раздела слоев формируемой структуры, если она является многослойной.

Кроме того, в случаях наложения кривых друг на друга при измерении эллипсометрических параметров для структур с разными градиентами состава в слоях, соответствующих участкам ВС и DE кривой в Ψ-Δ координатах (см. Фиг.1), и невозможности их соотнести с данными слоями последнее удается осуществить, если воспользоваться представлением в координатах, например, dΔ/dΨ-Δ (см. Фиг.3) (не ограничиваясь только указанным представлением) при условии, что вычисление производной эллипсометрического параметра осуществляют с точностью, достаточной в представлении производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр для соотнесения получаемых кривых с контролируемыми слоями разного градиента состава. На Фиг.3 приведены номограммы слоев с разным градиентом состава структуры, профиль которой изображен на вставке Фиг.1, соответствующие участку ВС. Для всех случаев, как следует из расчетов, изменение состава слоя составляет δх=0,6; в координатах dΔ/dΨ-Δ кривая (1) получена для слоя толщиной 1 нм с градиентом, равным 0,6 нм^-1, кривая (2) - для слоя толщиной 2 нм с градиентом, равным 0,3 нм^-1, кривая (3) - для слоя толщиной 4 нм с градиентом, равным 0,15 нм^-1, кривая (4) - для слоя толщиной 8 нм с градиентом, равным 0,075 нм^-1.

Работоспособность способа и достоверность результатов проведения эллипсометрического контроля состава материала при формировании структур с существенным градиентом последнего обуславливается точностью вычисления производной. Определим условия, при которых погрешность вычисления производной обеспечивает достоверность результатов контроля.

Точность вычисления производной эллипсометрических параметров зависит от следующих факторов: во-первых, от относительной точности измерения эллипсометрических параметров δΨ и δΔ; во-вторых, от интервала изменений параметров Ψ_n-Ψ₁ и Δ_n-Δ₁, на котором вычисляется производная; в-третьих, от количества измерений n на этом интервале.

Погрешность вычисления производной по двум измерениям равна с точностью до множителя величине [δΔ/(Ψ_n-Ψ₁)]+[δΨ/(Δ_n-Δ₁)]. Если на выбранном интервале изменений параметров выполнено n измерений, то погрешность уменьшается пропорционально 1/n^1/2. Здесь следует принять во внимание, что измерения проводят не только на границах интервала, а равномерно распределяют по нему, поэтому при расчете погрешности необходимо учитывать появление множителя С порядка 2. В итоге получаем для оценки погрешности вычисления производной следующую формулу:

В отношении полученной формулы (3) была проведена численная проверка путем имитации эллипсометрических измерений, наложением случайного разброса и последующим вычислением производной по методу наименьших квадратов. Моделирование подтвердило приведенную выше функциональную зависимость от n и интервалов измерения Ψn- Ψ₁ и Δ_n-Δ₁ при этом было найдено численное значение множителя С=4. Приведенные рассуждения справедливы и для δ(dΨ/dΔ₁).

Таким образом, оценка погрешности вычисления производной определяется (4/n^l/2)×{[δΔ/(Ψ_n-Ψ₁)]+[δΨ/(Δ_n-Δ₁)]}.

Достижение требуемого конкретного значения точности вычисления производной задается в определенной степени техническими параметрами используемого для контроля эллипсометра и контролируемой структурой.

Так, дисперсия эллипсометрических параметров, обусловленная случайными шумами эллипсометра, например, при формировании реального слоя Cd_xHg_1-xTe постоянного состава, приведена на Фиг.4. Представленные результаты измерений эллипсометрических параметров выполнены с использованием эллипсометра ЛЭФ-755. Временные интервалы между отдельно взятыми измерениями составляют 5 с. На основании этих данных получен среднеквадратичный разброс δΨ=±0,009° и δΔ=±0,04°.

В отношении интервала изменений параметров Ψ_n-Ψ₁ и Δ_n-Δ₁, на котором следует вычислять производную, то на практике он определяется следующими простыми соображениями. Во-первых, интервал должен соответствовать изменению толщины растущего слоя, позволяющему вычислять производную в реальном масштабе времени. Во-вторых, сама вычисляемая производная на выбранном интервале не должна существенно меняться.

Применительно к случаю формирования структуры Cd_xHg_1-xTe наиболее оптимальное изменение толщины растущего слоя для вычисления производной при формировании оптически контрастного слоя с резкой границей раздела лежит в интервале от 0,1 до 0,2 нм, что соответствует оптимальному интервалу изменений параметров Ψ_n-Ψ₁ и Δ_n -Δ₁, на котором Ψ_n-Ψ₁ составляет 0,05°, а Δ_n-Δ₁ - 0,35°. При формировании слоя с градиентом состава указанные величины могут отличаться, в частности, в несколько раз в меньшую сторону.

Далее, число измерений на интервале определяется быстродействием эллипсометра. Эллипсометры, функционирующие на базе статической схемы, как, в частности, ЛЭФ-755, обладают высоким быстродействием, которое характеризуется 1000 измерений/с, и, например, при скорости формирования эпитаксиального слоя около 0,1 нм обеспечивают порядка 1000 измерений на заданном интервале.

На основании представленных данных, для случая формирования оптически контрастного слоя с резкой границей раздела, получим, что на выделенном интервале точность вычисления производной, например, dΔ/dΨ составляет 0,1-0,2, а точность относительного измерения параметра Δ равна δΔ/n^1/2=0,001°. В соответствии с номограммами на Фиг.3 указанной точности достаточно, чтобы используя представление производная dΔ/bΨ - параметр Δ, провести разделение накладывающихся друг на друга кривых в представлении Δ-Ψ, относящихся к слоям с разными градиентами состава δx/d₁ от 0,3 и более, при изменении толщины растущего слоя всего в несколько десятых нанометра. Приведенные рассуждения относительно оценки точности вычисления производной справедливы и для представления dΔ/dΨ-Ψ, а также dΨ/dΔ-Δ и dΨ/dΔ-Ψ.

Для других типов эллипсометров и структур требуемая для контроля точность вычисления производной может отличаться. Здесь приведены данные для одного из частных случаев реализации изобретения.

При формировании слоев с малым градиентом состава (δx/d₁<0,15 нм^-1) разделение накладывающихся друг на друга кривых возможно только при изменении толщины растущего слоя в несколько нанометров. В этом случае имеет место типичная корреляция толщины слоя и градиента его состава.

В качестве примеров, подтверждающих возможность осуществления способа с достижением указанного технического результата, приводим нижеследующие примеры реализации.

Пример 1.

В процессе формирования структуры на подложке GaAs при выращивании двух буферных слоев ZnTe и CdTe и трех слоев Cd_xHg_1-xTe методом молекулярно-лучевой эпитаксии осуществляют измерение в непрерывном режиме эллипсометрических параметров Ψ и Δ. Второй слой Cd_xHg_1-xTe формируют с градиентом состава, все остальные слои - постоянного состава.

На подложке GaAs последовательно выращивают буферные слои ZnTe и CdTe толщиной, соответственно, 0,01 мкм и 2,0 мкм, формируют первый слой Cd_xHg_1-xTe постоянного состава с х=0,6, затем формируют слой с градиентом состава и, наконец, формируют слой Cd_xHg_1-xTe постоянного состава с х=0.

Для контроля состава Cd_xHg_1-xTe сначала вычисляют производную эллипсометрического параметра dΔ/dΨ. Производная кусочно-непрерывна. После вычисления результаты фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр dΔ/dΨ-Δ в виде кривой, характеризующейся изломами при формировании каждого следующего слоя, в том числе и с градиентом состава. Участок кривой, относящийся к слою с градиентом состава, представлен на Фиг.3, кривая (1). С помощью полученного представления путем расчетов, базирующихся на зависимости оптических постоянных от состава, определяют оптические постоянные, состав всех трех слоев и их толщину. Результаты контроля показывают, что первый слой Cd_xHg_1-xTe постоянного состава сформирован с х=0,6 толщиной 2 мкм, второй слой - с градиентом состава 0,6 нм^-1 толщиной 1 нм и, наконец, третий слой - постоянного состава с х=0 толщиной 10 нм.

Причем вычисление производной эллипсометрического параметра осуществляют с точностью, достаточной в представлении производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр для отнесения получаемых кривых к контролируемым слоям разного градиента состава. Для контроля используют быстродействующий эллипсометр на базе статической схемы - ЛЭФ-755. Точность вычисления производной, описанная выражением (4/n^l/2)x{[δΔ/(Ψ_n-Ψ₁)]+[δΨ/(Δ_n-Δ₁)]}, где δΨ и δΔ - относительная точность измерения эллипсометрических параметров, Ψ_n- Ψ₁ и Δ_n-Δ₁ - интервал изменений параметров, n - количество измерений на этом интервале, равна 0,1.

Пример 2.

В процессе формирования структуры на подложке GaAs при выращивании двух буферных слоев ZnTe и CdTe и трех слоев Cd_xHg_1-xTe методом молекулярно-лучевой эпитаксии осуществляют измерение в непрерывном режиме эллипсометрических параметров Ψ и Δ. Второй слой Cd_xHg_1-xTe формируют с градиентом состава, все остальные слои - постоянного состава.

На подложке GaAs последовательно выращивают буферные слои ZnTe и CdTe толщиной соответственно 0,05 мкм и 3,0 мкм, формируют первый слой Cd_xHg_1-xTe постоянного состава с х=0,6, затем формируют слой с градиентом состава и, наконец, формируют слой Cd_xHg_1-xTe постоянного состава с х=0.

Для послойного контроля состава Cd_xHg_1-xTe сначала вычисляют производную эллипсометрического параметра dΔ/dΨ и dΨ/dΔ. Производная кусочно-непрерывна. После вычисления результаты фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр dΔ/dΨ-Δ в виде кривой, характеризующейся изломами при формировании каждого следующего слоя, в том числе и с градиентом состава, а также для определения границы раздела между вторым и третьим слоями в плоскости dΨ/dΔ-Ψ. Участок кривой, относящийся к слою с градиентом состава, представлен на Фиг.3, кривая (2). С помощью полученного представления путем расчетов, базирующихся на зависимости оптических постоянных от состава, определяют оптические постоянные, состав всех трех слоев и их толщину. Результаты контроля показывают, что первый слой Cd_xHg_1-xTe постоянного состава сформирован с х=0,6 толщиной 3,5 мкм, второй слой - с градиентом состава 0,3 нм^-1 толщиной 2 нм и, наконец, третий слой - постоянного состава с х=0 толщиной 40 нм.

Причем вычисление производной эллипсометрического параметра осуществляют с точностью, достаточной в представлении производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр для отнесения получаемых кривых к контролируемым слоям разного градиента состава. Для контроля используют быстродействующий эллипсометр на базе статической схемы - ЛЭФ-755. Точность вычисления производной, описанная выражением (4/n^l/2)x{[δΔ/(Ψ_n-Ψ₁)]+[δΨ/(Δ_n-Δ₁)]}, где δΨ и δΔ - относительная точность измерения эллипсометрических параметров, Ψ_n- Ψ₁ и Δ_n-Δ₁ - интервал изменений параметров, n - количество измерений на этом интервале, равна 0,12.

Пример 3.

В процессе формирования структуры на подложке GaAs при выращивании двух буферных слоев ZnTe и CdTe и трех слоев Cd_xHg_1-xTe методом молекулярно-лучевой эпитаксии осуществляют измерение в непрерывном режиме эллипсометрических параметров Ψ и Δ. Второй слой Cd_xHg_1-xTe формируют с градиентом состава, все остальные слои - постоянного состава из разного материала.

На подложке GaAs последовательно выращивают буферные слои ZnTe и CdTe толщиной, соответственно, 1,0 мкм и 8,0 мкм, формируют первый слой Cd_xHg_1-xTe постоянного состава с х=0,6, затем формируют слой с градиентом состава и, наконец, формируют слой Cd_xHg_1-xTe постоянного состава с х=0.

Для послойного контроля состава Cd_xHg_1-xTe сначала вычисляют производную эллипсометрического параметра dΔ/dΨ и dΨ/dΔ. Производная кусочно-непрерывна. После вычисления результаты фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр dΔ/dΨ-Δ в виде кривой, характеризующейся изломами при формировании каждого следующего слоя, в том числе и с градиентом состава, а также для определения границы раздела между вторым и третьим слоями в плоскости dΨ/dΔ-Ψ. Участок кривой, относящийся к слою с градиентом состава, представлен на Фиг.3, кривая (4). С помощью полученного представления путем расчетов, базирующихся на зависимости оптических постоянных от состава, определяют оптические постоянные, состав всех трех слоев и их толщину. Результаты контроля показывают, что первый слой Cd_xHg_1-xTe постоянного состава сформирован с х=0,6 толщиной 2,5 мкм, второй слой - с градиентом состава 0,075 нм^-1 толщиной 8 нм и, наконец, третий слой - постоянного состава с х=0 толщиной 80 нм.

Причем вычисление производной эллипсометрического параметра осуществляют с точностью, достаточной в представлении производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр для отнесения получаемых кривых к контролируемым слоям разного градиента состава. Для контроля используют быстродействующий эллипсометр на базе статической схемы - ЛЭФ-755. Точность вычисления производной, описанная выражением (4/n^l/2)x{[δΔ/(Ψ_n-Ψ₁)]+[δΨ/(Δ_n-Δ₁)]}, где δΨ и δΔ - относительная точность измерения эллипсометрических параметров, Ψ_n-Ψ₁ и Δ_n-Δ₁ - интервал изменений параметров, n - количество измерений на этом интервале, равна 0,2.

Пример 4.

В процессе формирования структуры на подложке GaAs при выращивании двух буферных слоев ZnTe и CdTe и трех слоев Cd_xHg_1-xTe методом молекулярно-лучевой эпитаксии осуществляют измерение в непрерывном режиме эллипсометрических параметров Ψ и Δ. Второй слой Cd_xHg_1-xTe формируют с градиентом состава, все остальные слои - постоянного состава.

На подложке GaAs последовательно выращивают буферные слои ZnTe и CdTe толщиной, соответственно, 0,01 мкм и 2,0 мкм, формируют первый слой Cd_xHg_1-xTe постоянного состава с х=0,6, затем формируют второй слой с градиентом состава и, наконец, формируют третий слой Cd_xHg_1-xTe постоянного состава с х=0,6.

Для послойного контроля состава Cd_xHg_1-xTe сначала вычисляют производную эллипсометрического параметра dΔ/dΨ. Производная кусочно-непрерывна. После вычисления результаты фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр dΔ/dΨ-Δ в виде кривой, характеризующейся изломом при формировании второго слоя с градиентом состава и разрывом при формировании третьего слоя, однородного, со скачком состава. Участок кривой, относящийся к слою с градиентом состава, представлен на Фиг.3, кривая (1). С помощью полученного представления путем расчетов, базирующихся на зависимости оптических постоянных от состава, определяют оптические постоянные и состав всех трех слоев. Результаты контроля показывают, что первый слой Cd_xHg_1-xTe постоянного состава сформирован с х=0,6 толщиной 2 мкм, второй слой - с градиентом состава 0,6 нм^-1 толщиной 1 нм и, наконец, третий слой - постоянного состава с х=0,6 толщиной 100 нм.

Причем вычисление производной эллипсометрического параметра осуществляют с точностью, достаточной в представлении производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр для отнесения получаемых кривых к контролируемым слоям разного градиента состава. Для контроля используют быстродействующий эллипсометр на базе статической схемы - ЛЭФ-755. Точность вычисления производной, описанная выражением (4/n^l/2)×{[δΔ/(Ψ_n-Ψ₁)]+[δΨ/(Δ_n-Δ₁)]}, где δΨ и δΔ - относительная точность измерения эллипсометрических параметров, Ψ_n-Ψ₁ и Δ_n-Δ₁ - интервал изменений параметров, n - количество измерений на этом интервале, равна 0,1.

Изобретение относится к измерительной технике, к способам оптико-физических измерений, базирующихся на эллипсометрии, и предназначено для контроля состава материала по толщине выращиваемых слоев с градиентом состава. Сущность изобретения: в способе контроля состава материала при формировании структуры в процессе формирования слоя осуществляют измерение эллипсометрических параметров Ψ и Δ, вычисляют производную, при этом в качестве функции выбирают один из эллипсометрических параметров, а в качестве аргумента - другой эллипсометрический параметр, результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр в виде кривой, по которой определяют оптические постоянные, изменение состава материала слоя, причем вычисление производной эллипсометрического параметра осуществляют с точностью, достаточной в представлении производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр для соотнесения получаемых кривых с контролируемыми слоями разного градиента состава, которая задана используемым при контроле эллипсометром. Изобретение обеспечивает возможность неразрушающего контроля состава материала при росте структур, в том числе и многослойных, характеризующихся наличием существенного градиента состава. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ контроля состава материала при формировании структуры, заключающийся в том, что в процессе формирования слоя осуществляют измерение эллипсометрических параметров Ψ и Δ, отличающийся тем, что вычисляют производную, при этом в качестве функции выбирают один из эллипсометрических параметров, а в качестве аргумента - другой эллипсометрический параметр, результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр в виде кривой, по которой определяют оптические постоянные, изменение состава материала слоя, причем вычисление производной эллипсометрического параметра осуществляют с точностью, достаточной в представлении производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр для соотнесения получаемых кривых с контролируемыми слоями разного градиента состава, которая задана используемым при контроле эллипсометром.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производная кусочно-непрерывна с точками разрыва первого рода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что производная непрерывна.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют оптические постоянные, изменение состава материала слоя, а также его толщину.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что как изменение состава материала слоя определяют его градиент.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр в виде кривой, характеризующейся, по крайней мере, наличием одного излома при формировании последовательности слоев.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр в виде кривой, характеризующейся, по крайней мере, наличием одного разрыва при формировании последовательности слоев.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр в виде кривой, характеризующейся изломами и разрывами при формировании последовательности слоев.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисляют производную эллипсометрического параметра dΔ/dΨ и/или сΨ/dΔ, результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра -эллипсометрический параметр dΔ/dΨ-Δ или dΨ/dΔ-Δ, или dΔ/dΨ-Ψ, или dΨ/dΔ-Ψ.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что точность вычисления производной, достаточная в представлении производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр для соотнесения получаемых кривых с контролируемыми слоями разного градиента состава, которая задана используемым при контроле эллипсометром, описана выражением (4/n^1/2)·{[δΔ/(Ψ_n-Ψ₁)]+[δΨ/(Δ_n-Δ₁)]}, где δΨ и δΔ - относительная точность измерения эллипсометрических параметров, Ψ_n-Ψ₁ и Δ_n-Δ₁ - интервал изменений параметров, n - количество измерений на этом интервале, и равна в количественном выражении от 0,1 до 0,2.