СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТУПЕНЧАТОГО ВЫСОТНОГО КАЛИБРОВОЧНОГО СТАНДАРТА ДЛЯ ПРОФИЛОМЕТРИИ И СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ Российский патент 2015 года по МПК G01B7/00 

Техническое решение относится к измерительной технике для проведения исследований профилей топографических особенностей поверхности, в частности для измерений высоты ступенчатых особенностей на гладких поверхностях посредством механических, или электронных, или оптических измеряющих профиль инструментов. Решение может быть использовано для усовершенствования работы инструментов, измеряющих высоту рельефа поверхности, в качестве высотного калибровочного стандарта, а также может быть использовано для сертификации высотных стандартов.

Известен способ изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии (патент США №6218264 на изобретение, МПК: 7 H01L 21/311), заключающийся в том, что подготавливают пластину монокристаллического материала, вытравливают канавки различной ширины в приповерхностной области указанной пластины, затем их заполняют материалом, в отношении которого селективность травления значительно больше, чем у монокристаллического материала пластины, после этого формируют рельефную структуру, при этом, сначала, селективно удаляя монокристаллический материал на заданную глубину, изготавливают выступающую над поверхностью монокристаллического материала рельефную особенность из материала, заполняющего канавки, затем изготавливают вторую рельефную особенность в виде углубления, селективно маскируя часть изготовленной выступающей рельефной особенности и селективно стравливая материал, заполняющий канавки, из которого изготовлена выступающая рельефная особенность, до поверхности монокристаллического материала и далее вглубь. В качестве монокристаллического материала пластины используют кремний. В способе вытравливают канавки различной ширины в приповерхностной области указанной пластины посредством того, что на поверхности пластины кремния формируют маску с рисунком, края которой ориентированы параллельно кристаллографической плоскости пластины кремния (111), затем проводят анизотропное травление и изготавливают канавки с поверхностью дна в виде расположенных под углом друг к другу плоскостей (111) и вертикальными стенками. В качестве материала, в отношении которого селективность травления значительно больше, чем у монокристаллического материала пластины, и которым заполняют канавки, используют двуокись кремния и нитрид кремния. После заполнения канавок материалом, с поверхности пластины указанный материал удаляют.

Приведенным техническим решением невозможно обеспечить:

- достижение воспроизводимости измерений измеряющего профиль инструмента;

- повышение точности определения высоты особенностей рельефа, обеспечение погрешности измерений в 0,05 нм и менее (ошибка в 0,05% при измерении высоты 100 нм) измеряющего профиль инструмента;

- обеспечение возможности калибровки по калибровочным стандартам высотой от 0,314 до 31,4 нм с одинаковой точностью.

Основная причина, препятствующая реализации указанного, заключается в использовании химического травления при изготовлении данного стандарта, которое обуславливает формирование критических неконтролируемых поверхностных особенностей стандарта, влияя на разрешающую способность измеряющего профиль инструмента.

Известен другой, взятый в качестве наиболее близкого, аналог - способ изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии (патент США №5599464 на изобретение, МПК: 6 C03C 15/00), заключающийся в том, что подготавливают полупроводниковую пластину с ориентацией поверхности, совпадающей с главной кристаллографической плоскостью, затем на поверхности пластины формируют слой окисла, в отношении которого создают рисунок матрицы ступенчатых особенностей, отделенных друг от друга участками, после этого проводят сквозное травление окисного слоя до пластины, защищая при этом указанные участки и изготавливая ступенчатые особенности в виде окон, в которых выращивают слой естественного окисла толщиной существенно меньшей, чем исходный указанный слой окисла, и, наконец, с пластины удаляют весь окисел, создавая тем самым вертикальные топографические особенности с размерностью в атомной шкале масштабов. В качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния, на которой термическим окислением формируют слой окиси кремния толщиной от 0,8 до 10 нм. Естественный окисел SiO₂ выращивают толщиной от 0,8 до 5 нм. В способе вертикальные топографические особенности с размерностью в атомной шкале масштабов создают высотой менее 1 нм. Указанные вертикальные топографические особенности на поверхности пластины размещены с плотностью порядка одного миллиона на сантиметр квадратный.

Приведенным аналогом невозможно обеспечить:

- достижение воспроизводимости измерений измеряющего профиль инструмента;

- повышение точности определения высоты особенностей рельефа, обеспечение погрешности измерений в 0,05 нм и менее (ошибка в 0,05% при измерении высоты 100 нм) измеряющего профиль инструмента;

- обеспечение возможности калибровки по калибровочным стандартам высотой от 0,314 до 31,4 нм с одинаковой точностью.

Причины, препятствующие реализации указанного, заключаются в следующем. Во-первых, в использовании химического травления при изготовлении данного стандарта, что обуславливает неконтролируемые поверхностные особенности стандарта, влияющие на разрешающую способность измеряющего профиль инструмента. Во-вторых, в наличии неконтролируемой однородности микрошероховатости по большой площади. В-третьих, в невозможности создания группы мер с суммарной высотой, равной высоте известных мер.

Техническим результатом предлагаемого решения является:

- достижение воспроизводимости измерений измеряющего профиль инструмента;

- повышение точности определения высоты особенностей рельефа, обеспечение погрешности измерений в 0,05 нм и менее (ошибка в 0,05% при измерении высоты 100 нм) измеряющего профиль инструмента;

- обеспечение возможности калибровки по калибровочным стандартам высотой от 0,314 до 31,4 нм с одинаковой точностью.

Технический результат достигается в способе изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии, заключающемся в том, что подготавливают полупроводниковую пластину, причем полупроводниковую пластину подготавливают с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, а также непрерывным положительным градиентом высот от нижней до верхней террас, затем пластину помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала пластины в вакуум при термоэлектрическом отжиге, после чего проводят термоэлектрический отжиг, при котором сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, в направлении от нижней террасы к верхней или в направлении от верхней террасы к нижней, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, затем при термоэлектрическом отжиге направляют нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности.

В способе в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния.

В способе полупроводниковую пластину подготавливают с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации, равным от 0°0′20″ до 5°, включительно.

В способе пластину помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов в вакуум при термоэлектрическом отжиге, с остаточным давлением менее 10^-8 Торр.

В способе перед проведением термоэлектрического отжига осуществляют предварительный термоэлектрический отжиг, представляющий собой очистку пластины от естественного окисла и загрязнений посредством термоэлектрического прогрева при температуре от 1300°C до 1410°C, включительно, в течение 1 минуты и более.

В способе в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, формируют равномерно распределенные по поверхности моноатомные ступени с шириной террас 10±8 мкм.

В способе проводят термоэлектрический отжиг, при котором сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры от 832°C до 1050°C, включительно, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно от 40000000 до 80000 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

В способе проводят термоэлектрический отжиг, при котором сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры от 1050°C до 1250°C, включительно, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно от 80000 до 2000 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

В способе проводят термоэлектрический отжиг, при котором сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры от 1250°C до 1350°C, включительно, влечение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно от 2000 до 200 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

В способе затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной от 4,44×10^-6 до 0,0066 МС/с, включительно, с соответствием большего потока большей температуре, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры от 832°C до 1050°C, включительно, причем пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней, воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени от 1400000 до 2000 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

В способе затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной от 0,0066 до 0,8126 МС/с, включительно, с соответствием большего потока большей температуре, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры от 1050°C до 1250°C, включительно, причем пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней, воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени от 2000 до 200 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

В способе затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной от 0,8126 до 5,772 МС/с, включительно, с соответствием большего потока большей температуре, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры от 1250°C до 1350°C, включительно, причем пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней, воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени от 200 до 20 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

В способе формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, обеспечивают высотой, равной произведению высоты моноатомной ступени, составляющей 0,314 нм, и количества моноатомных ступеней в скоплении.

В способе количество моноатомных ступеней в скоплении формируют от 1 до 100 включительно.

В способе при формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления формируют с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, составляющего более 20 нм.

В способе при формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, террасы формируют шириной 10±8 мкм.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.

На Фиг.1 схематически показана последовательность основных стадий процесса изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии: а) исходная стадия; б) стадия очистки поверхности подложки от естественного окисла и загрязнений при нагревании ее до 1300°C посредством пропускания постоянного электрического тока, характеризующаяся движением на поверхности подложки ступеней в направлении от нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, к верхней террасе, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, за счет сублимации; в) стадия формирования областей на поверхности подложки с высокой плотностью ступеней и появления равномерно распределенных по поверхности подложки моноатомных ступеней, разделенных относительно широкими террасами, - одиночных ступеней при нагревании, например, от 1050 до 1250°C посредством пропускания постоянного электрического тока и выдержке при указанной температуре не менее 200 секунд; г) стадия формирования участков, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней, - участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которого в направлении, соединяющем верхнюю и нижнюю террасы этого участка, находятся позволяющие воспроизводимо с высокой точностью измерять высоты рельефа поверхности террасы; где 1 - подложка, 2 - естественный окисел и загрязнения, 3 - рабочая поверхность подложки, разориентированная от кристаллической плоскости (111), 4 - условное обозначение кристаллической плоскости (111), 5 - условное указание угла разориентации от 0°0′20″ до 5°, 6 - верхняя терраса рабочей поверхности подложки, наиболее удаленная от нерабочей поверхности подложки, 7 - нижняя терраса рабочей поверхности подложки, наименее удаленная от нерабочей поверхности подложки, 8 и 9 - держатели подложки, обеспечивающие электрический контакт, 10 - вакуумная камера, 11 - источник электрического питания, 12 - моноатомная ступень (ступень высотой 0,314 нм, отделенная относительно широкими террасами - шириной 10±8 мкм), 13 - участок с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелон) (участок с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот).

На Фиг.2 схематически представлена динамика формирования участка с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот на примере одной моноатомной ступени:

а) процесс перераспределения моноатомных ступеней (высотой 0,314 нм), движущихся со скоростью V, разделенных относительно широкими террасами (10±8 мкм), при пропускании постоянного электрического тока, приводящего к нагреву, где 12 - моноатомная ступень;

б) процесс окончания формирования равномерно распределенных по поверхности подложки моноатомных ступеней, разделенных относительно широкими террасами, и появления участка с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелона) в области одиночной ступени, расположенной между участками с повышенной плотностью ступеней; на изображении в направлении сверху вниз последовательно представлены профиль концентрации адатомов на террасе между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами), поперечное сечение образца со сформированной моноатомной ступенью, расположенной между скоплениями моноатомных ступеней - эшелонами на рабочей поверхности образца с ориентацией (111) и начальной разориентацией на угол от 0°0′20″ до 5° от плоскости (111) после отжига и перераспределения моноатомных ступеней при прогреве пропусканием электрического тока при температуре, превышающей 830°C, например при температуре 1260°C, появление (вид сверху) участка с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, расположение моноатомной ступени в момент времени t₂>t₁, моноатомной ступени в момент времени t₁ между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами) за счет движения разных участков моноатомной ступени с различной скоростью (V₁, V₂) в различных точках поверхности образца, где 1 - подложка, 3 - рабочая поверхность подложки, разориентированная от кристаллической плоскости (111), 4 - условное обозначение кристаллической плоскости (111), 5 - условное указание угла разориентации от 0°0′20″ до 5°, 12 - моноатомная ступень, 12' - моноатомная ступень в момент времени t₁, 12″ - моноатомная ступень в момент времени t₂>t₁, 14 - скопление моноатомных ступеней (эшелон), 15 - участок моноатомной ступени с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот;

в) процесс формирования участка с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелона) в результате противоположно направленных скоростей различных точек моноатомной ступени при термоэлектрическом отжиге с направлением на нагреваемую электрическим током поверхность потока атомов того же сорта, что и материал подложки, - кремния, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, при постоянном электрическом токе величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки, например, до температуры 1260°C, на изображении в направлении сверху вниз последовательно представлены профиль концентрации адатомов на террасе между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами) в момент времени t₃, ниже профиля - моноатомная ступень в момент времени t₂>t₁, увеличение участка с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот за счет увеличения длины моноатомной ступени, соответствующей моноатомной ступени в момент времени t₃>t₂, моноатомная ступень в момент времени t₁ между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами), где 12′ - моноатомная ступень в момент времени t₁, 12″ - моноатомная ступень в момент времени t₂>t₁, 12′′′ - моноатомная ступень в момент времени t₃>t₂, 14 - скопление моноатомных ступеней (эшелон).

На Фиг.3 показаны изображения ступенчатой поверхности подложки кремния (111) с углом разориентации 0°8′, полученное методом атомно-силовой микроскопии в режиме фазового контраста последовательных стадий формирования скоплений участков ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелонов) - (а-в) и увеличения количества ступеней в скоплениях (антиэшелонах) - (в-д).

На Фиг.4 показано изображение участка ступенчатой поверхности подложки кремния (111) с углом разориентации 2°, с антиэшелоном из моноатомных ступеней, содержащим 70 ступеней, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, полученное методом атомно-силовой микроскопии: (а) топографическое; (б) фазовый контраст; (в) спектр высот данной области (количественное распределение точек по высотам), показывающий, что расстояние между крайними пиками, соответствующими широким террасам по краям антиэшелона, составляет величину 22,03±0,05 нм и что это соответствует высоте 70 моноатомных ступеней, высота каждой из которых равна 0,314 нм.

На Фиг.5 показаны: (а) изображение участка ступенчатой поверхности подложки кремния (111) с углом разориентации 0°40′, с антиэшелоном ступеней, содержащим 16 ступеней, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, полученное методом атомно-силовой микроскопии в режиме фазового контраста; (б) спектр высот данной области (количественное распределение точек по высотам), показывающий, что расстояние между крайними пиками, соответствующими широким террасам по краям антиэшелона, составляет величину 5,03±0,05 нм, и что это соответствует высоте 16 моноатомных ступеней высотой 0,314 нм.

На Фиг.6 показаны: изображение участка ступенчатой поверхности подложки кремния (111) с углом разориентации 0°5′, с антиэшелоном ступеней, содержащим 10 ступеней, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, полученное методом атомно-силовой микроскопии в режиме топографии: а) топографическое; б) фазовый контраст; в) спектр высот данной области (количественное распределение точек по высотам), показывающий, что расстояние между крайними пиками, соответствующим широким террасам по краям антиэшелона, составляет величину 3,14±0,05 нм, и что это соответствует высоте 10 моноатомных ступеней высотой 0,314 нм.

На Фиг.7 показаны: (а) изображение участка ступенчатой поверхности подложки кремния (111) с углом разориентации 1°, с антиэшелоном ступеней, содержащим 58 ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, полученное методом атомно-силовой микроскопии в режиме фазового контраста; (б) спектр высот данной области (количественное распределение точек по высотам), показывающий, что расстояние между крайними пиками, соответствующими широким террасам по краям антиэшелона, составляет величину 18,21±0,05 нм, и что это соответствует высоте 58 моноатомных ступеней высотой 0,314 нм.

На Фиг.8 показаны: полученное высокоразрешающей электронной микроскопией (ВРЭМ) изображение моноатомной степени на поверхности Si толстого образца, профили интенсивности, взятые ниже и выше от моноатомной ступени - (а), соответствующий Фурье спектр - (б), наложенные профили друг на друга профили интенсивности - (в).

Достижение технического результата в предлагаемом изобретении базируется на следующих предпосылках.

Во-первых, на использовании контролируемой самоорганизации моноатомных ступеней на поверхности полупроводниковой пластины (подложки или кристалла) за счет эффекта электромиграции адатомов по поверхности при термоэлектрическом отжиге подложки, осуществляемом путем пропускания постоянного электрического тока, вызывающего нагрев и отжиг, что приводит к перераспределению моноатомных ступеней и формированию широких террас (шириной 10±8 мкм) (см. Фиг.1 а)-в) и Фиг.2 а)). Получаемые моноатомные ступени 12 равномерно распределены по поверхности полупроводниковой платины (подложки 1) и разделены относительно широкими террасами, образуя одиночные ступени.

Во-вторых, на использовании последующего контролируемого изгиба моноатомных ступеней 12, разделенных широкими террасами (10±8 мкм), и появления в результате изгиба участков на отдельных моноатомных ступенях, расположенных между скоплениями моноатомных ступеней 14 (эшелонами), с противоположно направленным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (см. Фиг.2 б), позиция 15 - участок моноатомной ступени с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот). Появление участка моноатомной ступени с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот 15 обусловлено различной скоростью движения частей ступеней в различных точках поверхности подложки 1. Скорость движения частей моноатомной ступени 12 регулируется за счет изменения профиля концентрации адсорбированных на поверхности при температурах выше 830°C атомов вследствие эффекта электромиграции (увлечения заряженных адатомов силой, зависящей от приложенного электрического поля при термоэлектрическом отжиге подложки, осуществляемом путем пропускания постоянного электрического тока).

В-третьих, на использовании эффекта смещения участков моноатомных ступеней с противоположно направленным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в центральную область, расположенную между соседними скоплениями моноатомных ступеней 14 - эшелонами, и последующего скопления таких участков с установлением расстояния между ними более 20±5 нм (см. Фиг.1 г), позиция 13 - участок с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелон) (участок с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот)). При этом расстояние 20±5 нм больше стандартного диаметра закругления зонда для атомно-силовой микроскопии и профилометрии. Указанный эффект достигается при термоэлектрическом отжиге во внешнем потоке атомов того же сорта, что и материал подложки, сопоставимом или равном потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, в частности, атомов кремния. Величина потока атомов на поверхность выбирается достаточной для компенсации потока атомов, удаляющихся с поверхности в процессе сублимации из-за движения участков ступеней слева и справа от центральной области между скоплениями моноатомных ступеней 14 - эшелонами в противоположных направлениях за счет изменений профиля концентрации адсорбированных на поверхности при температурах выше 830°C атомов вследствие эффекта электромиграции (увлечения заряженных адатомов силой, зависящей от приложенного электрического поля при термоэлектрическом отжиге подложки, осуществляемом путем пропускания постоянного электрического тока) (см. Фиг.2 в) и Фиг.3).

Таким образом, на основании использования приведенных предпосылок обеспечивается изготовление с достижением технического результата ступенчатого высотного калибровочного стандарта. Участки поверхности подложки 1, содержащие скопления участков ступеней с противоположным начальному, отрицательным, градиентом высот (антиэшелонов) (см. Фиг.1 г), позиция 13 - участок с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелон) (участок с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот)), разделенных террасами более 20±5 нм (чем меньше ступеней в скоплении, тем больше расстояние между ними), отделены от скоплений ступеней с начальным, положительным, градиентом высот (эшелонов) (см. Фиг.2, позиция 14 - скопление моноатомных ступеней (эшелон)) относительно широкими террасами (5±4 мкм) (см. Фиг.1 г)). Такие участки, содержащие n моноатомных ступеней (число n определяется по изображению, полученному калиброванным или калибруемым прибором) и являются калибровочным эталоном стандарта, созданным с той же точностью, что и эталон высоты 0,314 нм. Высота, равная произведению n и 0,314 (высота моноатомной ступени в нм), составляет новую калибровочную меру. Отметим, что использование в качестве эталона скоплений ступеней с начальным, положительным, градиентом высот (эшелонов) (см. Фиг.2, позиция 14 - скопление моноатомных ступеней (эшелон)) не представляется возможным, вследствие невозможности подсчета по получаемому изображению количества ступеней в скоплениях (эшелонах) из-за малых (единицы нм) расстояний между ступенями в случаях, в которых количество ступеней велико и относительно узкие террасы (менее 1 мкм) по бокам от скоплений при малых количествах ступеней в них, что и не позволяет измерить высоту эталона с высокой точностью.

Для создания ступенчатой калибровочной меры нанометрового диапазона (от 0,314 до 31,4) для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии основополагающее значение играет реализация первой из указанных предпосылок, что обеспечивает формирование области полупроводниковой пластины (подложки 1) (см. Фиг.1 и 2) с требуемыми плотностью и распределением моноатомных ступеней. Эта часть способа изготовления стандарта (или первый этап) является подготовительной, поскольку закладывается основа для создания указанной калибровочной меры. Необходимость формирования области подложки с требуемыми плотностью и распределением моноатомных ступеней, ее основополагающее значение, объясняется следующими причинами.

Во-первых, формирование участков на ступенях с отрицательным градиентом высот (см. Фиг.2, 15 - участок моноатомной ступени с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот) наблюдается только после формирования участков на поверхности с низкой плотностью ступеней (одиночных, моноатомных ступеней 12, см. Фиг.1) между участками с высокой плотностью ступеней (эшелонами) (см. Фиг.2, позиция 14 - скопление моноатомных ступеней (эшелон)).

Во-вторых, ширина террас сверху и снизу от создаваемого эталона (тест-объекта) (антиэшелона) (см. Фиг.1 г), позиция 13 - участок с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелон) (участок с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот)) определяет погрешность измерения высоты эталона, что поясняется нижеследующим.

Плотность ступеней на единицу длины для тест-объекта задается геометрическим размером измерительного зонда (радиус кривизны иглы) и отношением размера зонда к ширине террас. При этом ошибка измерений складывается из систематической ошибки измерений в конкретной точке (ошибка прибора) и ошибки измерений, связанной с регистрируемой шероховатостью поверхности (для ступенчатой поверхности - шероховатости террасы, z-координата которой измеряется). Систематическая ошибка измерений прибора зависит от уровня виброакустического и электромагнитного шума и ошибки самого измерительного контура. Если систематическая ошибка прибора, атомно-силового микроскопа (АСМ), мала по сравнению с измеряемой величиной, то погрешность измерения задает ошибка регистрации шероховатости.

Шероховатость определяют как модульную или среднеквадратичную, согласно различным стандартам. Модульной шероховатостью R_a(DIN 4768) называется среднее по модулю отклонение от линии (плоскости) расположения измеряемой поверхности по N измеренным точкам

где R_a - модульная шероховатость;

N_x - количество точек, измеренных в направлении координаты x;

N_y - количество точек, измеренных в направлении координаты y;

z - измеряемая координата шероховатости ступенчатой поверхности. Среднеквадратичная шероховатость R_q (ISO 4287/1) определяется среднеквадратичным отклонением от линии (плоскости) расположения измеряемой поверхности по N измеренным точкам

где R_q - среднеквадратичная шероховатость;

N_x - количество точек, измеренных в направлении координаты x;

N_y - количество точек, измеренных в направлении координаты y;

z - измеряемая координата шероховатости ступенчатой поверхности.

В случае идеального кристалла терраса на его поверхности представляет собой абсолютно гладкую плоскость. В реальном случае на террасах присутствуют различного характера особенности, например, в виде поверхностных точечных дефектов, примесных атомов, адсорбированного слоя воды, сверхструктурных фазовых реконструкций и других элементов атомной структуры, обеспечивающих наличие шероховатости в той или иной степени. Следовательно, для уменьшения ошибки измерений, связанной с шероховатостью данной террасы, необходимо увеличить количество точек измерений. Отметим, что точность определения пространственного положения плоскости террасы относительно плоскости сканирования АСМ будет уменьшаться с увеличением количества измерений N для модульной шероховатости как 1/N, а для среднеквадратичной - как $$1/\sqrt{N}$$ . Высота ступени может быть определена по разности высот двух соседних террас, примыкающих к ступени

где h - ступени;

h₁ - высота первой террасы;

h₂ - высота второй террасы;

N¹ _x - количество точек, измеренных в направлении координаты x для первой террасы;

N¹ _y - количество точек, измеренных в направлении координаты y для первой террасы;

Z¹ _ij - измеряемая координата шероховатости ступенчатой поверхности первой террасы;

N² _x - количество точек, измеренных в направлении координаты x для первой террасы;

N² _y - количество точек, измеренных в направлении координаты y для первой террасы;

Z² _ij - измеряемая координата шероховатости ступенчатой поверхности второй террасы.

Для уменьшения ошибки измерений следует увеличить количество измерений на каждой террасе, обрамляющей ступень. При проведении прецизионных измерений зонд АСМ должен сдвигаться в латеральном направлении после каждого измерения на расстояние не меньше чем его геометрический размер. Таким образом, увеличение количества измерений на каждой террасе достигается либо за счет увеличения ширины такой террасы, что связано с обеспечением определенной плотности моноатомных ступеней, либо за счет улучшения остроты зонда атомно-силового микроскопа. Большинство современных АСМ использует зонды (кантилеверы) с эффективным радиусом кривизны острия 10÷20 нм, а характерный размер области сканирования составляет 10×10 мкм². Так как значительное уменьшение радиуса зонда сопряжено с существенными трудностями, то предпочтительным на практике является увеличение количества измерений за счет увеличения ширины террас (N~d, где d - ширина террасы). Заметим, что ошибка при измерении высоты террасы (выражение (3)) в этом случае падает как $$1/\sqrt{d}$$ .

Этап формирования области подложки с требуемой плотностью моноатомных ступеней, как указано выше, осуществляется на основе использования контролируемой самоорганизации моноатомных ступеней за счет эффекта электромиграции адатомов по поверхности при термоэлектрическом отжиге.

При термическом отжиге, без приложения электрического поля, в условиях сверхвысокого вакуума ступени на поверхности полупроводниковой пластины, в частности, подложки кремния, например, (111) или (100) могут осуществлять передвижение по поверхности в направлении верхних террас (более удаленных относительно нерабочей поверхности подложки) вследствие наличия сублимационного процесса, который заключается в отделении атома от ступени, выбросе его на террасу, дальнейшей миграции атома по поверхности террасы с последующим отделением и выходом с поверхности подложки в пространство вакуумной камеры. Однако следует иметь в виду, что процесс выброса атомов из ступени на террасу относительно нижней и верхней террас асимметричен. Число атомов, выбрасываемых конкретной ступенью на конкретные террасы, не определено. Существует различная вероятность выброса атома из ступени на верхнюю и нижнюю террасы, с преобладанием одного из каналов сублимации. В результате возможность управления формированием участков поверхности подложки с большой плотностью ступеней и участков с малой плотностью ступеней отсутствует.

Более того, чисто термический отжиг подложки кремния с вицинальной поверхностью (111) или (100) даже с углом разориентации рабочей поверхности от направления (111) или (100), составляющим меньше чем 0,02°, что соответствует расстоянию между ступенями больше 1 мкм, не пригоден для осуществления данного этапа изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта ввиду необходимости создания участков с переменной плотностью ступеней для осуществления большой разницы концентраций адсорбированных атомов на участках с повышенной плотностью и между ними, которая в приложенном электрическом поле при термоэлектрическом отжиге приводит к изгибу редко расположенных ступеней. В связи с этим, необходимо уметь управлять расположением ступеней, и располагать такие ступени между плотно расположенными ступенями равномерно по всей поверхности, соблюдая расстояние между ними порядка 10±8 мкм. В предлагаемом способе такая возможность управления распределением моноатомных ступеней имеется.

Очищенная от посторонних примесей и окисла поверхность подложки, например, кремния с ориентацией (111), представляет собой систему периодически расположенных моноатомных ступеней высотой 0,314 нм (см. Фиг.1 а), б)). Под моноатомной ступенью понимается непрерывная линия, разграничивающая две полуплоскости, с разницей высот в одно межплоскостное расстояние. В качестве эталонного стандарта высоты изобретение дает возможность использовать высоту скопления таких атомных ступеней на поверхности кремния с ориентацией (111), определяемой произведением числа ступеней - n и высоты ступени, равной 0,314±0,04 нм в интервале температур от 0 К до температур плавления кремния, измеренной с указанной точностью рентгенографическими методами и подтвержденной теоретическим моделированием кристаллической структуры поверхности кремния.

Если через подложку 1 с очищенной от естественного окисла и загрязнений 2 поверхностью пропустить электрический ток величиной, обеспечивающей резистивный нагрев материала подложки до температур (порядка 1000°C), вызывающих активируемую сублимацию атомов верхнего атомного слоя (адатомов), то в результате на поверхности происходит передвижение моноатомных ступеней 12 (см. Фиг.1 и Фиг.2 а)). В зависимости от направления приложенного к подложке электрического поля и от температуры кристалла (полупроводниковой пластины) моноатомные ступени 12 на поверхности, например, подложки 1 кремния с ориентацией (111), передвигаясь, формируют систему эквидистантных ступеней или систему участков поверхности с большой плотностью ступеней (скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) 14), разделенных участками поверхности с малой плотностью ступеней (моноатомных ступеней 12) (см. Фиг.1 в) и Фиг.3(a)).

При приложении к подложке 1 электрического поля (см. Фиг.1 б) и в)), обуславливающего протекание через нее электрического тока и резистивный разогрев, вместо изотропной миграции атомов, являющейся эффектом чисто термического характера, происходит их дрейф в направлении, совпадающем с направлением приложенного поля, или в противоположном направлении. Пусть до приложения электрического поля к подложке кремния с вицинальной поверхностью, например, (111), вызывающего протекание через нее нагревающего электрического постоянного тока, первоначально существует поверхность пластины со случайным распределением моноатомных ступеней 12 (Фиг.2 а)). Процесс формирования на поверхности участка, на котором две ступени, сближаясь, образуют область с высокой плотностью моноатомных ступеней, вследствие того, что одна из них движется быстрее другой со скоростью V в сторону верхних террас, подчиняется закону пропорциональности скорости V от ширины d нижележащей прилегающей к этой моноатомной ступени террасе.

Число атомов, выбрасываемых моноатомной ступенью на террасу, зависит от диффузионной длины λ_s. Будем считать, что атом успевает сублимировать с поверхности, не отдалившись от моноатомной ступени на расстояние, более диффузионной длины.

Согласно формуле Эйнштейна

где λ_s - диффузионная длина;

D_s - коэффициент поверхностной диффузии;

τ_s - время жизни атома на поверхности.

С другой стороны,

где λ_s - диффузионная длина;

a - расстояние между двумя ближайшими положениями равновесия;

W_s - энергия испарения атома с поверхности;

V_s - энергия активации поверхностной диффузии;

k - постоянная Больцмана,

T - температура.

Для потока атомов с поверхности можно записать выражение

где J_V - поток атомов с поверхности;

N_s - поверхностная концентрация атомов;

τ_s - время жизни атома на поверхности.

Для диффузионного потока атомов из ступени существует выражение

где J_s - диффузионный поток атомов из ступени;

D_s - коэффициент поверхностной диффузии;

N_s - поверхностная концентрация атомов.

Условие равновесия задается выражением

При ширине террасы меньше чем λ_s - диффузионная длина, и считая, что непосредственно около моноатомной ступени вследствие быстрого обмена атомами будет поддерживаться их равновесная концентрация, имеем следующее соотношение:

где V - скорость движения моноатомной ступени;

d - ширина террасы, связанной с движущейся моноатомной ступенью;

σ - пересыщение атомарного газа;

ν - характерная частота тепловых колебаний решетки;

Ws - энергия испарения атома с поверхности;

k - постоянная Больцмана;

T - температура.

Таким образом, скорость движения моноатомной ступени пропорциональна ширине прилегающей к ней террасы, на которую моноатомная ступень отдает атомы.

Количество монослоев, удаляемых с поверхности кристалла в единицу времени (1 с), равно

где N_MC - количество монослоев атомов, удаляемых с поверхности за 1 с;

V - скорость движения моноатомной ступени;

d - ширина террасы, связанной с движущейся ступенью;

σ - пересыщение атомарного газа;

ν - характерная частота тепловых колебаний решетки;

Ws - энергия испарения атома с поверхности;

k - постоянная Больцмана;

T - температура.

Время удаления одного монослоя, соответственно, будет равно

где t - время удаления одного монослоя с поверхности;

N_MC - количество монослоев атомов, удаляемых с поверхности за 1 с;

σ - пересыщение атомарного газа;

ν - характерная частота тепловых колебаний решетки;

Ws - энергия испарения атома с поверхности;

k - постоянная Больцмана;

T - температура.

Время, необходимое для формирования области с высокой плотностью моноатомных ступеней (скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) 14), не только зависит от скорости движения конкретных моноатомных ступеней, но и определяется также временем удаления одного монослоя атомов с поверхности подложки посредством сублимации при заданной температуре. Так, при температуре 832°C время удаления одного монослоя с поверхности составляет 140000 с, при температуре 1050°C - 200 с, а при температуре 1350°C - доли секунды. Для осуществления перестройки моноатомных ступеней на поверхности с указанным углом разориентации (см. Фиг.1 а)) данное время необходимо увеличить как минимум на два порядка.

Скорость ступени V в зависимости от координаты x пропорциональна пересыщению адсорбированных атомов, равному

где σ_s(x) - пересыщение адсорбированными атомами на поверхности вдоль оси x;

n(x) - концентрация адсорбированных атомов на поверхности в точке x;

n_eq - равновесная концентрация адсорбированных атомов.

Следовательно, чем больше градиент концентрации адсорбированных атомов, тем выше скорость ступени. Для единичной ступени, разделяющей две полубесконечные плоскости, решение дифференциального уравнения, описывающего концентрацию адсорбированных атомов на поверхности кристалла, с учетом граничных условий (концентрация на ступени равна n_eq) приводит к экспоненциальной зависимости. Эта зависимость описывает диффузионное поле адатомов, вызванное наличием ступени. Перекрытие диффузионных полей от двух соседних ступеней приводит к куполообразному распределению концентрации адатомов по террасе. Под действием внешней силы F, возникающей вследствие термоэлектрического нагрева подложки пропусканием постоянного электрического тока, и равной F=eq_effE, где F - сила, действующая на диффундирующий адатом, Е - электрическое поля, приложенное к подложке для резистивного нагрева, q_eff - безразмерный коэффициент пропорциональности между силой и электрическим полем, определяемый как эффективный заряд адсорбированного атома, е - заряд электрона, адсорбированные атомы смещаются, и максимум концентрации смещается относительно центра террасы. Это справедливо для медленно перемещающихся ступеней по сравнению с перемещениями адсорбированных атомов, что реализуется при температурах ниже 900°C. При более высоких температурах в качестве таких ступеней можно рассматривать скопления ступеней (эшелоны).

Скопления ступеней (эшелоны) двигаются медленно по сравнению с отдельными ступенями, так как расстояние между ступенями в скоплениях (эшелонах) мало, а скорость ступени согласно уравнению (9) пропорциональна этому расстоянию, их можно считать практически неподвижными источниками и стоками для адсорбированных атомов. Если между эшелонами находится единичная ступень, можно представить, что она помещена в диффузионное поле адатомов от эшелонов. И скорость ступеней в точке x зависит от концентрации n(x), определяемой расстоянием до соседних скоплений ступеней (эшелонов). На Фиг.2 б) вверху сплошной линией на схематичном графике показано распределение концентрации адатомов между скоплениями ступеней (эшелонами) для смещения адсорбированных атомов под действием внешней силы в сторону нижележащих террас. Штриховой линией показано распределение без воздействия внешней силы. Линией, состоящей из точек, указано положение равновесной концентрации. Стрелка указывает направление действующей силы F и, соответственно, направление дрейфа адатомов при условии, что заряд адсорбированного атома положителен. В таких условиях моноатомная ступень 12, имевшая форму моноатомной ступени 12′ из-за разности скоростей ее отдельных участков (V₁>V₂), через некоторое время приобретет форму моноатомной ступени 12″ и на ней сформируется участок моноатомной ступени с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот 15 (см. нижнюю часть на Фиг.2б)).

При термоэлектрическом отжиге во внешнем потоке атомов кремния на поверхность (если в качестве полупроводниковой пластины использована пластина кремния), выбранным достаточным для компенсации потока атомов, удаляющихся с поверхности в процессе сублимации, профиль концентрации будет иметь симметричный вид относительно центра между скоплениями моноатомных ступеней 14 (эшелонов), как показано в верхней части Фиг.2 в). Движение участков ступеней слева и справа от центра (как показано на Фиг.2 в)) между скоплениями моноатомных ступеней 14 (эшелонов) будет происходить в противоположных направлениях, поскольку слева σ_s(x)<0, а справа σ_s(x)>0. Это приведет к последовательному изменению формы моноатомной ступени 12 от формы моноатомной ступени 12′ к форме моноатомной ступени 12″ и, наконец, примерно в центре между соседними скоплениям моноатомных ступеней 14 (эшелонами) сформируется участок ступени с отрицательным градиентом высот параллельный скоплениям ступеней (эшелонам). При наличии между скоплениями моноатомных ступеней 14 (эшелонами) нескольких редко расположенных ступеней (моноатомные ступени 12), из образовавшихся участков с отрицательным градиентом высот формируется скопление моноатомных ступеней - антиэшелон (участок с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелон) (участок с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот)) (см. Фиг.3) и при последующем отжиге количество ступеней с отрицательным градиентом высот в таких скоплениях увеличивается. Так как сила F стремится сгруппировать ступени в скоплениях начального положительного градиента высот (эшелонах), то ступени с противоположным, отрицательным, градиентом высот она стремиться растолкнуть, вследствие чего расстояние между ступенями с отрицательным градиентом высот значительно превышает расстояние в скоплениях ступеней начального, положительного, градиента высот (эшелонах) с тем же количеством ступеней.

Ступенчатый высотный калибровочный стандарт изготавливают на основе полупроводниковой пластины - подложки 1, например, кремния, размером до 30×10×0,4 мм³, с рабочей поверхностью 3 подложки, разориентированной от кристаллической плоскости (111) 4 на угол разориентации 5 от 20″ до 5° (см. Фиг.1).

Вследствие дискретной периодической поверхностной структуры кристалла кремния (подложки 1), обусловленной разориентацией поверхности на указанный угол 5, на ней существуют линии (ступени), разграничивающие плоские участки (террасы), смещенные относительно друг друга на одно и/или более межатомных расстояний. Ступени и террасы на поверхности пластины кремния располагаются таким образом, что самая верхняя терраса 6 рабочей поверхности подложки находится с одного края полупроводниковой пластины (подложки 1), а самая нижняя терраса 7 рабочей поверхности подложки находится на диаметрально противоположном крае полупроводниковой пластины (подложки 1).

Основные этапы изготовления стандарта, формирование области подложки с требуемой плотностью моноатомных ступеней, обеспечивающей наличие достаточно широких террас, и дальнейшее создание скоплений ступеней с отрицательным градиентом высот в качестве калибровочного эталона, осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге при температурах подложки 1, характеризующихся протеканием сублимационного процесса. Термоэлектрический отжиг включает подготовительную стадию очистки подложки 1 (см. Фиг.1 б)), первую основную стадию, которая затрагивает непосредственно формирование области подложки с требуемой плотностью моноатомных ступеней (скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) 14), обеспечивающей наличие достаточно широких террас (см. Фиг.1в)), и вторую основную стадию создания скоплений ступеней с отрицательным градиентом высот (участков с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелонов) 13 (участков с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот)) во внешнем потоке атомов того же сорта, что и материал подложки, - кремния, на поверхность, достаточном для компенсации потока атомов, удаляющихся с поверхности в процессе сублимации (см. Фиг.1 г)).

Подложку 1 помещают в вакуумную камеру 10 (остаточное давление не больше 10^-10 Торр) и подвергают предварительной процедуре очистки от поверхностного естественного окисла и загрязнений 2 посредством кратковременного (от 1 мин) термоэлектрического отжига при температуре в диапазоне от 1300°C до 1410°C (см. Фиг.1б)). Разогрев до указанных температур производят как можно с большей скоростью. Температуру при этом контролируют по величине пропускаемого тока от источника электрического питания 11. Величины пропускаемого тока калибруются в интервале низких, до 800°C, температур с помощью термопары, в интервале высоких, более 800°C, температур - с помощью оптического пирометра. Критерием чистоты поверхности служит наличие обратимого сверхструктурного перехода (7×7)-(1×1) при температуре 832°C, отсутствие центров торможения ступеней при движении их в процессе сублимации, а также отсутствие на дифракционной картине дополнительных рефлексов.

Для очистки и проведения дальнейших операций подложку 1 (полупроводниковую пластину) устанавливают в держателях подложки 8 и 9, обеспечивающих электрический контакт, и с их помощью зажимают для получения надежного контакта. Край полупроводниковой пластины (подложки 1) с самой верхней террасой 6 зажимают одним держателем подложки, а вторым держателем подложки зажимают край полупроводниковой пластины (подложки 1) с самой нижней террасой 7. Оба держателя подложки 8 и 9 выполнены из металла, то есть являются токопроводящими, обеспечивающими электрический контакт с подложкой 1, но не связаны между собой каким-либо другим электрическим соединением, кроме как посредством подложки 1.

При очистке полупроводниковую пластину (подложку 1) прогревают посредством пропускания переменного или постоянного тока в направлении от верхней террасы 6 к нижней террасе 7, или наоборот, в течение одной минуты и более, и таким образом, очищают от поверхностного естественного окисла и загрязнений 2 (см. Фиг.1б)). При очистке важно не направление тока, а наличие сублимационного процесса при термоэлектрическом нагреве подложки 1, за счет чего осуществляют удаление естественного окисла и загрязнений. Ступени на поверхности полупроводниковой пластины - кремния (подложки 1), например, с ориентацией (111) осуществляют передвижение по поверхности в сторону верхней террасы 6 вследствие сублимационного процесса, заключающегося в отделении атомов материала подложки 1 от ступени, миграции их на террасу, отделении их от террасы и выходе их с поверхности в окружающее полупроводниковую пластину пространство вакуумной камеры 10.

После проведения очистки приступают к термоэлектрическому отжигу, первой основной его стадии. При реализации первой части основного термоэлектрического отжига через полупроводниковую пластину (подложку 1) пропускают от источника электрического питания 11 постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки 1 до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности ступеней. Постоянный ток пропускают параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами 6 и 7, соответственно, в направлении от нижней террасы 7 к верхней террасе 6 или в направлении от верхней террасы 6 к нижней террасе 7. Пропускание постоянного тока, сопровождающееся нагревом подложки 1, в одном направлении осуществляют в течение промежутка времени, формирующего области на поверхности полупроводниковой пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней (скопления моноатомных ступеней (эшелонов) 14) и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней 12, разделенных широкими террасами, с шириной, необходимой для формирования участков в областях моноатомных ступеней 12 с противоположным начальному - отрицательным градиентом высот (участков моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот 15, см. Фиг.2 б)) и позволяющей воспроизводимо с минимальной погрешностью определить высоту моноатомной ступени 12. Рабочий диапазон температур, обеспечиваемых резистивным нагревом материала подложки 1 при пропускании постоянного тока, - от 832°C до 1350°C. Величина промежутка времени необходимая для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней (скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) 14) и обеспечения появления равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней 12, разделенных достаточно широкими для воспроизводимого точного измерения высоты террасами, составляет от 200 до 40000000 секунд. Причем меньшей температуре нагрева подложки 1 соответствует большее время. При промежуточных значениях температур указанного диапазона время отжига уменьшается пропорционально увеличению температуры. Ширина террас между равномерно распределенными по поверхности одиночными моноатомными ступенями 12 стандарта, необходимая для формирования участков на ступенях с противоположным начальному - отрицательным градиентом высот, а также обеспечивающая воспроизводимость и минимальную погрешность при измерении высоты рельефа поверхности, равна 10±8 мкм.

Указанный рабочий диапазон температур включает в себя три интервала температур: 832÷1050°C; 1050÷1250°C; 1250÷1350°C. Приведенное выделение условно в смысле границы между крайними значениями предыдущего и последующего интервалов.

При работе в интервале температур 832÷1050°C через полупроводниковую пластину (подложку 1), параллельно вицинальной поверхности между верхней 6 и нижней 7 террасами, пропускают от источника электрического питания 11 постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки 1, в направлении от верхней террасы 6 к нижней террасе 7 в течение промежутка времени от 40000000 до 80000 с, с соответствием большего времени меньшей температуре. Ступени по вицинальной поверхности полупроводниковой пластины - кремния с ориентацией (111) передвигаются в сторону верхней террасы 6 вследствие сублимационного процесса, при этом в результате увлечения электрическим током возникает дрейф атомов в направлении движения электронов, что приводит к образованию на поверхности областей с высокой плотностью моноатомных ступеней 12 (скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) 14). Сформированные области с высокой плотностью моноатомных ступеней (скопления моноатомных ступеней (эшелоны) 14) в результате пропускания постоянного электрического тока в указанном направлении разделены широкими, необходимыми для формирования участков моноатомных ступеней с противоположным начальному - отрицательным градиентом высот (участков моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот 15, см. Фиг.2 б)), а также обеспечивающими воспроизводимость и минимальную погрешность при измерении высоты рельефа поверхности, в частности, шириной 10±8 мкм, террасами.

При работе в интервале температур 1050÷1250°C через полупроводниковую пластину (подложку 1), параллельно вицинальной поверхности между верхней 6 и нижней 7 террасами, пропускают от источника электрического питания 11 постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки 1, в одном направлении, от нижней террасы 7 к верхней террасе 6, в течение промежутка времени от 80000 до 2000 с, с соответствием большего времени меньшей температуре. При этом ступени по вицинальной поверхности полупроводниковой пластины - кремния с ориентацией (111) передвигаются в сторону верхних террас 6 вследствие сублимационного процесса, в результате увлечения электрическим током возникает дрейф атомов в направлении движения электронов, что приводит к формированию системы областей с высокой плотностью моноатомных ступеней 12 (скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) 14), разделенных участками, характеризующимися равномерно распределенными по поверхности одиночными моноатомными ступенями 12, которые окаймлены достаточно широкими, необходимыми для формирования участков на ступенях с противоположным начальному - отрицательным градиентом высот (позиция 15 - участок моноатомной ступени с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, см. Фиг.2 б)), а также обеспечивающими воспроизводимость и минимальную погрешность при измерении высоты рельефа поверхности, в частности, шириной 10±8 мкм, террасами.

При работе в интервале температур 1250÷1350°C через полупроводниковую пластину (подложку 1), параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами 6 и 7, соответственно, пропускают от источника электрического питания 11 постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки 1, в направлении от верхней террасы 6 к нижней террасе 7 в течение промежутка времени от 2000 до 200 с, с соответствием большего времени меньшей температуре. Ступени по вицинальной поверхности полупроводниковой пластины - кремния с ориентацией (111) передвигаются в сторону верхних террас 6 вследствие сублимационного процесса, при этом в результате увлечения электрическим током возникает дрейф атомов в направлении движения электронов, что приводит к образованию на поверхности областей с высокой плотностью моноатомных ступеней 12 (скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) 14). Сформированные области с высокой плотностью (скопления моноатомных ступеней (эшелоны) 14) в результате указанного пропускания постоянного электрического тока разделены широкими, необходимыми для формирования участков на ступенях с противоположным начальному - отрицательным градиентом высот (позиция 15 - участок моноатомной ступени с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, см. Фиг.2 б)), а также обеспечивающими воспроизводимость и минимальную погрешность при измерении высоты рельефа поверхности, в частности, шириной 10±8 мкм, террасами.

После проведения первой части основного термоэлектрического отжига через пластину приступают ко второй основной части термоэлектрического отжига (см. Фиг.1 г) и Фиг.2 в)). При реализации второй части основного термоэлектрического отжига через полупроводниковую пластину - кремния (подложку 1) пропускают от источника электрического питания 11 постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки 1 до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности ступеней, при этом обеспечивают внешний поток атомов того же сорта, что и материал подложки, - кремния на поверхность подложки 1, достаточный для компенсации потока атомов, удаляющихся с поверхности в процессе сублимации. Постоянный ток пропускают параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами 6 и 7, соответственно, в направлении от нижней террасы 7 к верхней террасе 6 или в направлении от верхней террасы 6 к нижней террасе 7. При этом направление тока в указанных температурных интервалах (832÷1050°C; 1050÷1250°C; 1250÷1350°C) температур отжига выбирается таким же, как при реализации первого основного этапа. В количественном выражении поток атомов (в монослоях (МС) в секунду), достаточный для компенсации потока атомов, удаляющихся с поверхности в процессе сублимации, выбирается соответственно указанным температурным интервалам, с соответствием большей величины потока большей температуре. Температурному интервалу 832÷1050°C соответствует поток от 4,44×10^-6 до 0,0066 МС/с; 1050÷1250°C - поток от 0,0066 до 0,8126 МС/с; 1250÷1350°C - поток от 0,8126 до 5,772 МС/с Пропускание постоянного тока, сопровождающееся нагревом подложки 1, в одном направлении осуществляют в течение промежутка времени, формирующего на поверхности полупроводниковой пластины между областями с высокой плотностью моноатомных ступеней - скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами) 14 участки 13 с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенные от скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) 14 широкими террасами, с шириной, позволяющей воспроизводимо с минимальной погрешностью определить как высоту моноатомной ступени 12, так и высоту участка 13 с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1. Рабочий диапазон температур, обеспечиваемых резистивным нагревом материала подложки при пропускании постоянного тока, - от 832°C до 1350°C. Величина промежутка времени, необходимая для формирования на поверхности полупроводниковой пластины между эшелонами 14 с высокой плотностью моноатомных ступеней участков 13 (антиэшелонов), содержащих скопления участков моноатомных ступеней с противоположным начальному - отрицательным градиентом высот (участков моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот 15), отделенных от эшелонов 14 широкими террасами, с шириной, позволяющей воспроизводимо с минимальной погрешностью определить как высоту моноатомной ступени 12, так и высоту антиэшелона 13, составляет от 20 до 1400000 секунд. Причем меньшей температуре нагрева подложки 1 соответствует большее время. При промежуточных значениях температур указанного диапазона время отжига уменьшается пропорционально увеличению температуры. Ширина террас между скоплением моноатомных ступеней с противоположным начальному - отрицательным градиентом высот, антиэшелоном 13 и ближайшими эшелонами 14, обеспечивающая воспроизводимость и минимальную погрешность при измерении высоты рельефа поверхности, равна 10±8 мкм.

При работе в интервале температур 832÷1050°C через полупроводниковую пластину - кремния (подложку 1), параллельно вицинальной поверхности между верхней 6 и нижней 7 террасами, пропускают от источника электрического питания 11 постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки 1, в направлении от верхней террасы 6 к нижней террасе 7 в течение промежутка времени от 14000000 до 2000 с, с соответствием большего времени меньшей температуре, при этом обеспечивают внешний поток атомов кремния на поверхность подложки 1, достаточный для компенсации потока атомов, удаляющихся с поверхности в процессе сублимации, от 4,44×10^-6 до 0,0066 МС/с, включительно, с соответствием большего потока большей температуре. В результате увлечения электрическим током возникает дрейф атомов в направлении движения электронов поперечном ступеням в скоплениях моноатомных ступеней (эшелонах) 14, что приводит к градиенту концентрации атомов между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами) 14 такому, что ступени по вицинальной поверхности полупроводниковой пластины - кремния с ориентацией (111) передвигаются вдоль скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) 14 в сторону верхних («верх» на Фиг.2 в)) террас вследствие сублимационного процесса около вышележащего скопления моноатомных ступеней (эшелона) 14 и в сторону нижних («низ» на Фиг.2(в)) террас вследствие процесса роста около нижележащего скопления моноатомных ступеней (эшелона) 14. Это, в свою очередь, приводит к формированию на поверхности полупроводниковой пластины между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами) 14 участков с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелонов) 13 (участков с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот), которые отделены от эшелонов 14 широкими террасами. Сформированные участки 13 (антиэшелоны) отделены от скоплений моноатомных ступеней 14 широкими террасами, обеспечивающими воспроизводимость и минимальную погрешность при измерении высоты рельефа поверхности, в частности, террасами шириной 10±8 мкм (см. Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6, Фиг.7).

При работе в интервале температур 1050÷1250°C через полупроводниковую пластину - кремния (подложку 1), параллельно вицинальной поверхности между верхней 6 и нижней 7 террасами, пропускают от источника электрического питания 11 постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки 1, в одном направлении, от нижней террасы 7 к верхней террасе 6, в течение промежутка времени от 2000 до 200 с, с соответствием большего времени меньшей температуре, при этом обеспечивают внешний поток атомов кремния на поверхность подложки 1, достаточный для компенсации потока атомов, удаляющихся с поверхности в процессе сублимации, от 0,0066 до 0,8126 МС/с, с соответствием большего потока большей температуре. В результате увлечения электрическим током возникает дрейф атомов в направлении движения электронов поперечном ступеням в скоплениях моноатомных ступеней (эшелонах) 14 и противоположном направлению движения электронов, что приводит к градиенту концентрации атомов между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами) 14 такому, что ступени по вицинальной поверхности полупроводниковой пластины - кремния с ориентацией (111) передвигаются вдоль скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) 14 в сторону верхних («верх» на Фиг.2 в)) террас вследствие сублимационного процесса около вышележащего скопления моноатомных ступеней (эшелона) 14 и в сторону нижних («низ» на Фиг.2 в)) террас вследствие процесса роста около нижележащего скопления моноатомных ступеней (эшелона) 14. Это, в свою очередь, приводит к формированию на поверхности полупроводниковой пластины между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами) 14 участков с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелонов) 13 (участков с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот), которые отделены от эшелонов 14 широкими террасами. Сформированные участки 13 (антиэшелоны) отделены от скоплений моноатомных ступеней 14 широкими террасами, обеспечивающими воспроизводимость и минимальную погрешность при измерении высоты рельефа поверхности, в частности, террасами шириной 10±8 мкм (см. Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6, Фиг.7).

При работе в интервале температур 1250÷1350°C через полупроводниковую пластину - кремния (подложку 1), параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами 6 и 7, соответственно, пропускают от источника электрического питания 11 постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки 1, в направлении от верхней террасы 6 к нижней террасе 7 в течение промежутка времени от 200 до 20 с, с соответствием большего времени меньшей температуре, при этом обеспечивают внешний поток атомов кремния на поверхность подложки 1, достаточный для компенсации потока атомов, удаляющихся с поверхности в процессе сублимации, от 0,8126 до 5,772 МС/с, с соответствием большего потока большей температуре. В результате увлечения электрическим током возникает дрейф атомов в направлении движения электронов поперечном ступеням в скоплениях моноатомных ступеней (эшелонах) 14, что приводит к градиенту концентрации атомов между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами) 14 такому, что ступени по вицинальной поверхности полупроводниковой пластины - кремния с ориентацией (111) передвигаются вдоль скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) 14 в сторону верхних («верх» на Фиг.2 в)) террас вследствие сублимационного процесса около вышележащего скопления моноатомных ступеней (эшелона) 14 и в сторону нижних («низ» на Фиг.2 в)) террас вследствие процесса роста около нижележащего скопления моноатомных ступеней (эшелона) 14. Это, в свою очередь, приводит к формированию на поверхности полупроводниковой пластины между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами) 14 участков с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелонов) 13 (участков с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот), которые отделены от эшелонов 14 широкими террасами. Сформированные участки 13 (антиэшелоны) отделены от скоплений моноатомных ступеней 14 широкими террасами, обеспечивающими воспроизводимость и минимальную погрешность при измерении высоты рельефа поверхности, в частности, террасами шириной 10±8 мкм (см. Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6, Фиг.7).

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

Пример 1

При изготовлении ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии подготавливают полупроводниковую пластину с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, а также непрерывным положительным градиентом высот от нижней до верхней террас. Указанные террасы могут быть расположены на диаметрально противоположных краях полупроводниковой пластины.

В качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния (подложка 1, см. Фиг.1). Полупроводниковую пластину подготавливают с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации, равным 2°.

Затем пластину (подложку 1) помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала пластины (подложки 1) в вакуум при термоэлектрическом отжиге, с остаточным давлением 10^-8 Торр.

Перед проведением термоэлектрического отжига осуществляют предварительный термоэлектрический отжиг, представляющий собой очистку пластины от естественного окисла и загрязнений посредством термоэлектрического прогрева при температуре 1350°C в течение 5 минут (см. Фиг.1б)).

После чего проводят термоэлектрический отжиг.

При отжиге сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры 1040°C, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно 200000 с (см. Фиг.1 в)).

В течение указанного промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, формируют равномерно распределенные по поверхности моноатомные ступени с шириной террас 10±8 мкм (см. Фиг.1 в)).

Затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной 1,502 МС/с, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры 1280°C. Причем пропускают ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней. Воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени 100 с.

Формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, обеспечивают высотой, равной произведению высоты моноатомной ступени, составляющей 0,314 нм, и количества моноатомных ступеней в скоплении (см. Фиг.1 г)). Количество моноатомных ступеней в скоплении формируют от 1 до 100 включительно, в данном случае в скоплении присутствует 70 участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот.

При формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления формируют с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, составляющего более 20 нм.

При формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, террасы формируют шириной 10±8 мкм.

Изготовленный стандарт представлен на Фиг.4. Расстояние между участками одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления сформировано с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, равным более 70 нм. Это позволяет подсчитывать точное количество участков в тест-объекте. Указанные участки ступеней отделены от скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) террасами шириной более 2 мкм, что позволяет воспроизводимо с высокой точностью измерять высоту меры, составляющую 22,03±0,05 нм.

Пример 2

При изготовлении ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии подготавливают полупроводниковую пластину с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, а также непрерывным положительным градиентом высот от нижней до верхней террас. Указанные террасы могут быть расположены на диаметрально противоположных краях полупроводниковой пластины.

В качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния (подложка 1, см. Фиг.1). Полупроводниковую пластину подготавливают с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации, равным 40′.

Затем пластину (подложку 1) помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала пластины (подложки 1) в вакуум при термоэлектрическом отжиге, с остаточным давлением 2×10^-9 Торр.

Перед проведением термоэлектрического отжига осуществляют предварительный термоэлектрический отжиг, представляющий собой очистку пластины от естественного окисла и загрязнений посредством термоэлектрического прогрева при температуре 1380°C в течение 2 минут (см. Фиг.1б)).

После чего проводят термоэлектрический отжиг.

При отжиге сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры 1330°C, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно 250 с. (см. Фиг.1 в)).

В течение указанного промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, формируют равномерно распределенные по поверхности моноатомные ступени с шириной террас 10±8 мкм (см. Фиг.1 в)).

Затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной 0,276 МС/с, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры 1200°C. Причем пропускают ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней. Воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени 300 с.

Формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, обеспечивают высотой, равной произведению высоты моноатомной ступени, составляющей 0,314 нм, и количества моноатомных ступеней в скоплении (см. Фиг.1 г)). Количество моноатомных ступеней в скоплении формируют от 1 до 100, включительно, в данном случае в скоплении присутствует 16 участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот.

При формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления формируют с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, составляющего более 20 нм.

При формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, террасы формируют шириной 10±8 мкм.

Изготовленный стандарт представлен на Фиг.5. Расстояние между участками одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления сформировано с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, равным более 260 нм. Это позволяет подсчитывать точное количество участков в тест-объекте. Указанные участки ступеней отделены от скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) террасами шириной более 2 мкм, что позволяет воспроизводимо с высокой точностью измерять высоту меры, составляющую 22,03±0,05 нм.

Пример 3

При изготовлении ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии подготавливают полупроводниковую пластину с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, а также непрерывным положительным градиентом высот от нижней до верхней террас. Указанные террасы могут быть расположены на диаметрально противоположных краях полупроводниковой пластины.

В качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния (подложка 1, см. Фиг.1). Полупроводниковую пластину подготавливают с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации, равным 5′.

Затем пластину (подложку 1) помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала пластины (подложки 1) в вакуум при термоэлектрическом отжиге, с остаточным давлением 9×10^-9 Торр.

Перед проведением термоэлектрического отжига осуществляют предварительный термоэлектрический отжиг, представляющий собой очистку пластины от естественного окисла и загрязнений посредством термоэлектрического прогрева при температуре 1300°С в течение 10 минут (см. Фиг.1б)).

После чего проводят термоэлектрический отжиг.

При отжиге сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры 1230°C, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно 3000 с (см. Фиг.1 в)).

В течение указанного промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, формируют равномерно распределенные по поверхности моноатомные ступени с шириной террас 10±8 мкм (см. Фиг.1 в)).

Затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной 0,004 МС/с, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры 1030°C. Причем пропускают ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней. Воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени 5000 с.

Формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, обеспечивают высотой, равной произведению высоты моноатомной ступени, составляющей 0,314 нм, и количества моноатомных ступеней в скоплении (см. Фиг.1 г)). Количество моноатомных ступеней в скоплении формируют от 1 до 100 включительно, в данном случае в скоплении присутствует 10 участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот.

При формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления формируют с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, составляющего более 20 нм.

При формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы, террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, террасы формируют шириной 10±8 мкм.

Изготовленный стандарт представлен на Фиг.6. Расстояние между участками одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления сформировано с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, равным более 230 нм. Это позволяет подсчитывать точное количество участков в тест-объекте. Указанные участки ступеней отделены от скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) террасами шириной более 2 мкм, что позволяет воспроизводимо с высокой точностью измерять высоту меры, составляющую 3,14±0,05 нм.

Пример 4

При изготовлении ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии подготавливают полупроводниковую пластину с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, а также непрерывным положительным градиентом высот от нижней до верхней террас. Указанные террасы могут быть расположены на диаметрально противоположных краях полупроводниковой пластины.

В качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния (подложка 1, см. Фиг.1). Полупроводниковую пластину подготавливают с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации, равным 1°.

Затем пластину (подложку 1) помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала пластины (подложки 1) в вакуум при термоэлектрическом отжиге, с остаточным давлением 5×10^-9 Торр.

Перед проведением термоэлектрического отжига осуществляют предварительный термоэлектрический отжиг, представляющий собой очистку пластины от естественного окисла и загрязнений посредством термоэлектрического прогрева при температуре 1340°C в течение 6 минут (см. Фиг.1б)).

После чего проводят термоэлектрический отжиг.

При отжиге сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры 1300°C, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно 300 с (см. Фиг.1 в)).

В течение указанного промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, формируют равномерно распределенные по поверхности моноатомные ступени с шириной террас 10±8 мкм (см. Фиг.1 в)).

Затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной 4,797 МС/с, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры 1340°C. Причем пропускают ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней. Воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени 50 с.

Формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, обеспечивают высотой, равной произведению высоты моноатомной ступени, составляющей 0,314 нм, и количества моноатомных ступеней в скоплении (см. Фиг.1 г)). Количество моноатомных ступеней в скоплении формируют от 1 до 100 включительно, в данном случае в скоплении присутствует 58 участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот.

При формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления формируют с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, составляющего более 20 нм.

При формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, террасы формируют шириной 10±8 мкм.

Изготовленный стандарт представлен на Фиг.7. Расстояние между участками одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления сформировано с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, равным более 80 нм. Это позволяет подсчитывать точное количество участков в тест-объекте. Указанные участки ступеней отделены от скоплений моноатомных ступеней (эшелонов) террасами шириной более 2 мкм, что позволяет воспроизводимо с высокой точностью измерять высоту меры, составляющую 18,21±0,05 нм.

Пример 5

При изготовлении ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии подготавливают полупроводниковую пластину с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, а также непрерывным положительным градиентом высот от нижней до верхней террас. Указанные террасы могут быть расположены на диаметрально противоположных краях полупроводниковой пластины.

В качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния (подложка 1, см. Фиг.1). Полупроводниковую пластину подготавливают с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации, равным 5°.

Затем пластину (подложку 1) помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала пластины (подложки 1) в вакуум при термоэлектрическом отжиге, с остаточным давлением 9×10^-9 Торр.

Перед проведением термоэлектрического отжига осуществляют предварительный термоэлектрический отжиг, представляющий собой очистку пластины от естественного окисла и загрязнений посредством термоэлектрического прогрева при температуре 1410°C в течение 1 минуты (см. Фиг.1б)).

После чего проводят термоэлектрический отжиг.

При отжиге сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры 832°C, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно 40000000 с (см. Фиг.1 в)).

В течение указанного промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, формируют равномерно распределенные по поверхности моноатомные ступени с шириной террас 10±8 мкм (см. Фиг.1 в)).

Затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной 5,772 МС/с, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры 1350°C. Причем пропускают ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней. Воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени 20 с.

Формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, обеспечивают высотой, равной произведению высоты моноатомной ступени, составляющей 0,314 нм, и количества моноатомных ступеней в скоплении (см. Фиг.1 г)). Количество моноатомных ступеней в скоплении формируют от 1 до 100 включительно, в скоплении присутствуют участки одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот.

При формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления формируют с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, составляющего более 20 нм.

При формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, террасы формируют шириной 10±8 мкм.

Пример 6

При изготовлении ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии подготавливают полупроводниковую пластину с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, а также непрерывным положительным градиентом высот от нижней до верхней террас. Указанные террасы могут быть расположены на диаметрально противоположных краях полупроводниковой пластины.

В качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния (подложка 1, см. Фиг.1). Полупроводниковую пластину подготавливают с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации, равным 20″.

Затем пластину (подложку 1) помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала пластины (подложки 1) в вакуум при термоэлектрическом отжиге, с остаточным давлением 9×10^-9 Торр.

Перед проведением термоэлектрического отжига осуществляют предварительный термоэлектрический отжиг, представляющий собой очистку пластины от естественного окисла и загрязнений посредством термоэлектрического прогрева при температуре 1410°C в течение 1 минуты (см. Фиг.1б)).

После чего проводят термоэлектрический отжиг.

При отжиге сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры 1350°C, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно 200 с (см. Фиг.1 в)).

В течение указанного промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, формируют равномерно распределенные по поверхности моноатомные ступени с шириной террас 10±8 мкм (см. Фиг.1 в)).

Затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной 4,44×10^-6 МС/с, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры 832°C. Причем пропускают ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней. Воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени 1400000 с.

Формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, обеспечивают высотой, равной произведению высоты моноатомной ступени, составляющей 0,314 нм, и количества моноатомных ступеней в скоплении (см. Фиг.1 г)). Количество моноатомных ступеней в скоплении формируют от 1 до 100 включительно, в скоплении присутствуют участки одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот.

При формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления формируют с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, составляющего более 20 нм.

При формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, террасы формируют шириной 10±8 мкм.

В рассмотренных примерах представлены результаты для случая использования подложки кремния с вицинальной поверхностью (111), как одного, частного, случая изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии. Изготовление стандарта с использованием других подложек, с другой вицинальной поверхностью, с другим углом разориентации, в общем случае, осуществляют той же последовательностью операций, охарактеризованных теми же признаками, при условии существования на поверхности данных подложек эффекта электромиграции. Однако количественные характеристики признаков, в частности, значения температур и времен термоэлектрического отжига, будут несколько отличаться.

В заключение отметим способность изготавливаемого ступенчатого высотного калибровочного стандарта сохранять свои высокие эксплуатационные свойства с течением времени. Современные представления о начальных стадиях окисления поверхности кремния предполагают, что окисление поверхности кремния происходит послойно, при этом скорость окисления одинакова для любой террасы на данной поверхности. Ранее нами (Kosolobov S.S., Nasimov D.A., Sheglov D.V., Rodyakina E.E., Latyshev A.V. // Phys. Low-Dim. Struct., 2002, V.5/6, P.231.) были проведены эксперименты по исследованию морфологии ступенчатой поверхности сразу после транспортировки из сверхвысоковакуумных условий (время окисления несколько минут) и через 5 лет экспозиции на воздухе. Толщины слоя окисла на образцах составляли 20 и 40 ангстрем соответственно. При этом шероховатость поверхности совпала в пределах точности измерений АСМ и составила величину 0,06 нм. Слоевое окисление следует также из отсутствия размытости на атомной границе раздела полупроводник-оксид, как показано на высокоразрешающем электронно-микроскопическом изображении поперечного среза атомной решетки кремния и диоксида кремния (Фиг.8). Таким образом, процесс естественного окисления кремния с течением времени не оказывает влияния на эксплуатационные свойства стандарта.

Предложенный способ относится к изготовлению инструмента измерительной техники для исследований профилей топографических особенностей гладкой поверхности - ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии. Согласно заявленному способу, подготавливают полупроводниковую пластину с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней и нижней террас с непрерывным положительным градиентом высот. Пластину помещают в вакуум. Проводят термоэлектрический отжиг. Сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток, вызывающий резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя. Пропускают ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами. Нагревают в течение заданного промежутка времени для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот. Затем направляют на нагреваемую поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации. Воздействуют потоком в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот. По обе стороны от скоплений сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности. За счет этого достигают воспроизводимость измерений, повышение точности определения высоты особенностей рельефа, обеспечение заданной погрешности измерений, обеспечение возможности калибровки по калибровочным стандартам с одинаковой точностью. 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии, заключающийся в том, что подготавливают полупроводниковую пластину, отличающийся тем, что полупроводниковую пластину подготавливают с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, а также непрерывным положительным градиентом высот от нижней до верхней террас, затем пластину помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала пластины в вакуум при термоэлектрическом отжиге, после чего проводят термоэлектрический отжиг, при котором сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, в направлении от нижней террасы к верхней или в направлении от верхней террасы к нижней, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полупроводниковую пластину подготавливают с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации, равным от 0°0'20'' до 5°, включительно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пластину помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов в вакуум при термоэлектрическом отжиге, с остаточным давлением менее 10^-8 Торр.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед проведением термоэлектрического отжига осуществляют предварительный термоэлектрический отжиг, представляющий собой очистку пластины от естественного окисла и загрязнений посредством термоэлектрического прогрева при температуре от 1300°C до 1410°C, включительно, в течение 1 минуты и более.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, формируют равномерно распределенные по поверхности моноатомные ступени с шириной террас 10±8 мкм.

7. Способ по п.1 или 6, отличающийся тем, что проводят термоэлектрический отжиг, при котором сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры от 832°С до 1050°С, включительно, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно от 40000000 до 80000 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

8. Способ по п.1 или 6, отличающийся тем, что проводят термоэлектрический отжиг, при котором сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно, до температуры от 1050°С до 1250°С, включительно, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно от 80000 до 2000 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

9. Способ по п.1 или 6, отличающийся тем, что проводят термоэлектрический отжиг, при котором сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры от 1250°С до 1350°С, включительно, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно от 2000 до 200 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной от 4,44×10^-6 до 0,0066 МС/с., включительно, с соответствием большего потока большей температуре, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры от 832°С до 1050°С, включительно, причем пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней, воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени от 1400000 до 2000 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной от 0,0066 до 0,8126 МС/с, включительно, с соответствием большего потока большей температуре, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры от 1050°С до 1250°С, включительно, причем пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней, воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени от 2000 до 200 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной от 0,8126 до 5,772 МС/с, включительно, с соответствием большего потока большей температуре, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры от 1250°С до 1350°С, включительно, причем пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней, воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени от 200 до 20 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, обеспечивают высотой, равной произведению высоты моноатомной ступени, составляющей 0,314 нм, и количества моноатомных ступеней в скоплении.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что количество моноатомных ступеней в скоплении формируют от 1 до 100 включительно.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления формируют с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, составляющего более 20 нм.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, террасы формируют шириной 10±8 мкм.