Способ профилирования состава при эпитаксиальном формировании полупроводниковой структуры на основе твердых растворов Российский патент 2020 года по МПК G01N21/17 H01L21/66 B82B3/00 

Техническое решение относится к технологии изготовления приборов на твердом теле, полупроводниковых приборов, к профилированию состава твердых растворов гетероэпитаксиальных структур при их росте, в частности, к контролю состава материала в процессе изготовления приборов, и может быть использовано для профилирования посредством неразрушающего контроля состава материала слоев при эпитаксиальном выращивании - методом молекулярно-лучевой эпитаксии.

Известен способ профилирования состава при эпитаксиальном формировании полупроводниковой структуры на основе твердых растворов (Н.Н. Михайлов, В.А. Швец. С.А. Дворецкий. Е.В. Спесивцев, Ю.Г. Сидоров, С.В. Рыхлицкий, Р.Н. Смирнов. «Эллипсометрический контроль роста наноструктур на основе Cd_xHg_1-xTe», Автометрия, 2003 г., том 39, №2, с.с. 71-80). Способ заключается в том, что при формировании структуры типа А₂В₆ на основе теллуридов элементов второй группы таблицы Менделеева посредством эпитаксии, в частности молекулярно-лучевой, осуществляют измерение в непрерывном режиме эллипсометрических параметров Ψ и Δ на одной длине волны света видимой области спектра. В результате отражения света от границы растущего слоя получают интерференционные осцилляции эллипсометрических параметров, исчезающие с увеличением толщины растущего слоя. Фиксируют эволюцию эллипсометрических параметров в Ψ-Δ плоскости в виде логарифмической спирали, сворачивающейся к предельной точке, или ее участка. При формировании следующего слоя другого состава, обеспечивающего появление в приповерхностной области оптической границы раздела, фиксируют скачкообразное изменение амплитуды осцилляции, пропорциональное изменению оптических постоянных из-за смены состава. Таким образом, в плоскости Ψ-Δ получают излом, являющийся точкой «сшивания» кривых в виде логарифмических спиралей, сворачивающихся к своим предельным точкам, или их участков, выполняющий функцию индикатора изменения состава слоя и положения границы между слоями. По результатам измерения эллипсометрических параметров определяют оптические постоянные и получают профиль состава слоя/слоев и его/их толщину. Получение профиля возможно благодаря зависимости оптических постоянных от состава материала.

Измерение эллипсометрических параметров Ψ и Δ для получения профиля состава слоев проводят на оборудовании, для которого характерно высокое быстродействие и высокая точность измерений, в частности, за счет использования эллипсометра ЛЭФ-755.

В качестве ближайшего аналога выбран способ профилирования состава при эпитаксиальном формировании полупроводниковой структуры на основе твердых растворов, известный из описания к патенту РФ №2396545 на изобретение. Способ заключается в том, что при формировании структуры типа А₂В₆ на основе теллуридов элементов второй группы таблицы Менделеева осуществляют измерение эллипсометрических параметров Ψ и Δ на одной длине волны света видимой области спектра, вычисляют производную, при этом в качестве функции выбирают один из эллипсометрических параметров, а в качестве аргумента - другой эллипсометрический параметр, результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра - эллипсометрический параметр в виде кривой, по которой определяют оптические постоянные, изменение состава материала слоя, причем вычисление производной эллипсометрического параметра осуществляют с точностью, достаточной в представлении производная эллипсометрического параметра эллипсометрический параметр для соотнесения получаемых кривых с профилируемыми слоями разного градиента состава, которая задана используемым при контроле эллипсометром.

Известные способы не решают технической проблемы создания технологии высококачественных фотоприемных и светоизлучающих полупроводниковых структур, содержащих тонкие слои, с заданными характеристиками, таких как одиночные и множественные квантовые ямы, сверхрешетки, а также не обеспечивают повышения в технологии их производства процента выхода годных изделий.

Посредством известных способов возможно лишь получение качественной зависимости состава от толщины, которая не имеет привязки к координате в направлении роста, не говоря о достижении какой-либо точности определения состава в количественном отношении. В процессе роста структуры отсутствует возможность определения известными способами состава x - молярной доли компоненты, принимающей значение от х=0 до х=1. составляющей композицию твердого раствора, по толщине формируемой структуры с пространственным разрешением нанометрового масштаба, как по толщине, так и по составу. Кроме того, отсутствует возможность получения профиля распределения состава по толщине с любого момента в процессе формирования структуры. Поэтому способы не приемлемы в технологии получения высококачественных фотоприемных и светоизлучающих полупроводниковых структур, содержащих тонкие слои, с заданными характеристиками, таких как одиночные и множественные квантовые ямы. сверхрешетки. Кроме того, способы при их использовании по этим же причинам не способствуют повышению процента выхода годных изделий в процессе изготовления.

Разработка предлагаемого способа направлена на решение технической проблемы создания технологии высококачественных фотоприемных и светоизлучающих полупроводниковых структур, содержащих тонкие слои, с заданными характеристиками, таких как одиночные и множественные квантовые ямы, сверхрешетки, а также повышения в технологии их производства процента выхода годных изделий за счет достигаемого технического результата.

Техническим результатом является:

- повышение точности определения профиля распределения состава - молярной компоненты твердого раствора x, меняющейся от 0 до 1, по толщине формируемой структуры, вплоть до достижения пространственного разрешения нанометрового масштаба, как по толщине, так и по составу, непосредственно в процессе роста;

- достижение возможности получения профиля распределения состава по толщине с любого момента в процессе формирования структуры.

Технический результат достигается способом профилирования состава при эпитаксиальном формировании полупроводниковой структуры на основе твердых растворов, включающим при формировании структуры типа А₂В₆ на основе теллуридов элементов второй группы таблицы Менделеева измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ на одной длине волны света видимой области спектра, перед измерениями, проводимыми в отношении структуры, профиль которой получают, посредством эллипсометрии определяют скорость роста структуры, при осуществлении измерений, проводимыми в отношении структуры, профиль которой получают, задают, исходя из скорости роста, временной интервал измерений, при котором толщина слоя, выросшего в течение временного интервала между j-ым и (j+1)-ым измерениями, при постоянстве его состава и оптических свойств равна значению от 0,2 до 1,5 нм, включая указанные значения, проводят с погрешностью не более 0,01° и при угле падения света ср со значением в диапазоне от 65° до 70° измерения эллипсометрических параметров Ψ_j и Δ_j, фиксируя время измерения t_j, после измерений, в результате которых получают массив данных {t_j, Ψ_j, Δ_j}, где j=1, 2, … m - порядковый номер выполненного измерения, m - полное число измерений, используя результаты определения скорости роста и измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ в процессе роста, осуществляют прямой расчет оптических постоянных слоев, сформированных на протяжении временных интервалов между каждыми двумя последовательными измерениями и прямым образом вычисляют состав каждого слоя между двумя указанными измерениями, определяют координаты слоев и получают профиль распределения состава по толщине структуры.

В способе определяют скорость роста структуры, проводя определение на слое с постоянным составом, при этом посредством незначительного изменения δx<<1 потока элемента шестой группы таблицы Менделеева при формировании структуры типа А₂В₆ - Те, вызывая изменение компоненты CdTe - x от х=0,746 до х=0,773 в слое твердого раствора теллуридов кадмия и ртути, обеспечивают появление интерференции на растущем слое за счет отражения света, падающего под углом ϕ, принимающим значение в диапазоне от 65° до 70°, от границы растущего слоя, как следствие, приводящего к интерференционным осцилляциям эллипсометрических параметров, проводят измерения эллипсометрических параметров Ψ_i, и Δ_i, и одновременно регистрируют время каждого измерения t_i, по интерференционной кривой определяют конкретный состав растущего слоя, характеризующегося постоянством состава по толщине, и рассчитывают значение его толщины d_i для каждого измерения, исходя из текущих значений толщины слоя и времени измерения, получают скорость роста как средневзвешенное значение по формуле

В способе определяют скорость роста структуры, проводя определение на слое с постоянным составом, с точностью не хуже 2%.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.

На Фиг. 1 представлена траектория эллипсометрических параметров при ступенчатом изменении состава, например, изменение компоненты CdTe - x от х=0,746 до х=0,773 в слое твердого раствора теллуридов кадмия и ртути, где символы - данные эксперимента, сплошная линия - расчетная кривая, числами около стрелок указаны значения толщины.

На Фиг. 2 приведены профили состава x(d), где исходный, заданный, профиль соответствует сплошной линии, расчетный профиль при точном (как при измерениях) задании скорости роста соответствует линии с кружками, расчетный профиль при задании скорости роста равной 0,9 от исходного точного значения соответствует линии с ромбами, расчетный профиль при задании скорости роста равной 1,1 от исходного точного значения соответствует линии с квадратами.

На Фиг. 3 схематически показана структура с толщиной слоя, выросшего в течение временного интервала между j-ым и (j+1)-ым измерениями эллипсометрических параметров Ψ, Δ, в момент времени t.

На Фиг. 4 показано полученное распределение состава - компоненты CdTe - x по толщине в пяти последовательно выращенных квантовых ямах HgTe при выборе временного интервала измерений, при котором толщина слоя, выросшего в течение временного интервала между j-м и (j+1)-ым измерениями равна 0,4 нм, на фигуре каждый символ соответствует конкретной квантовой яме.

На Фиг. 5 показано полученное распределение состава - компоненты CdTe - x по толщине в квантовой яме HgTe при выборе временного интервала измерений, при котором толщина слоя, выросшего в течение временного интервала между j-м и (j+1)-ым измерениями, равна 0,2 нм.

На Фиг. 6 показано полученное распределение состава - компоненты CdTe - x по толщине в квантовой яме HgTe при выборе временного интервала измерений, при котором толщина слоя, выросшего в течение временного интервала между j-м и (j+1)-ым измерениями, равна 1,5 нм.

Эллипсометрические методы исследования поверхностей жидких и твердых тел базируются на регистрации состояния поляризации светового пучка, отраженного этой поверхностью и преломленного на ней. Монохроматический линейно поляризованный свет при падении на поверхность приобретает при отражении и преломлении эллиптическую поляризацию. Формулы Френеля устанавливают зависимость между оптическими постоянными слоя и параметрами эллиптически поляризованного света. Принципы эллипсометрии являются основой реализации чувствительных бесконтактных исследований поверхности жидкости или твердых веществ и протекающих процессов на ней. Падающий свет можно разложить на составляющую с поляризацией в плоскости падения, обозначаемую как p, и на составляющую с поляризацией, перпендикулярной плоскости падения, обозначаемую как s. Отношение амплитуд компонент отраженной и падающей волн называются комплексными коэффициентами отражения и обозначаются как R_s и R_p. В эллипсометрическом методе измеряют комплексный эллипсометрический параметр р. являющийся отношением R_p к R_s:ρ=R_p/R_s. Комплексный эллипсометрический параметр выражается через экспериментально измеряемые эллипсометрические параметры - амплитудный параметр Ψ и фазовый параметр Δ:ρ=tan(Ψ)e^iΔ.

Предлагаемый способ как и вышеприведенные решения, характеризующие уровень техники, связан с измерением эллипсометрических параметров Ψ и Δ. Однако предлагаемый способ характеризуется новыми существенными особенностями, которые позволяют определять в процессе роста профиль распределения состава по толщине формируемой структуры, в частности, в тонких слоях структуры, соответствующих квантовым ямам.

В этих целях проводят последовательно измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ в процессе формирования полупроводниковой структуры, выбирая и выдерживая определенные временные интервалы между измерениями, в течение которых формируют слои той толщины, которая позволяет посредством существующих вычислительных алгоритмов получать корректные данные о профиле состава формируемой структуры - изменении состава по толщине структуры в процессе ее роста при высоком пространственном разрешении. Реализация предлагаемого способа включает определение скорости роста структуры перед измерением эллипсометрических параметров Ψ и Δ формирующейся структуры. Определение скорости роста позволяет установить функциональную связь между временем измерения и соответствующей ему толщиной слоя формируемой структуры, в отношении которой осуществляют профилирование.

Благодаря установлению связи между временем измерения и соответствующей ему толщиной слоя формируемой структуры становится возможным путем численного решения уравнения эллипсометрии осуществить количественное определение состава формируемого текущего слоя.

Кроме того, способ при его реализации позволяет проводить прямые вычисления оптических постоянных и определение состава формируемого текущего слоя взамен численного решения уравнения.

Таким образом, на основании вышесказанного отличиями предлагаемого способа относительно приведенного уровня техники, обеспечивающими указанный технический результат, является следующее.

В способе перед формированием структуры, профиль состава которой необходимо получить, проводят определение скорости роста структуры. Данные о скорости роста используют для получения профиля состава решением уравнения эллипсометрии. Для решения уравнения эллипсометрии применяют линейное приближение. Это предоставляет возможность получать аналитические формулы, представляющие решение задачи, и проводить при определении состава прямые вычисления вместо использования поисковых методов. Аналитическое решение обеспечивает надежность предлагаемого способа в реализации и позволяет использовать его в реальном времени (в процессе роста), без интерактивного участия оператора.

Определение скорости роста структуры перед формированием структуры, подлежащей профилированию, и измерением для этого эллипсометрических параметров Ψ и Δ при формировании структуры проводят при выращивании слоя с постоянным по толщине составом и, как следствие, постоянными оптическими свойствами, что предоставляет возможность получения необходимых данных о скорости роста структуры.

Используя данные о скорости роста структуры, устанавливают связь между временными интервалами измерений эллипсометрических параметров и толщинами слоев структуры, сформированными в соответствующие временные интервалы.

Следует также подчеркнуть, что в предлагаемом способе получение профиля состава может быть реализовано с любого момента в процессе формирования структуры благодаря использованию метода эффективной подложки. Вычисления не обязательно проводить непосредственно от подложки. Вычисления и, следовательно, получение профиля возможны с любой толщины формируемой структуры. Можно не принимать во внимание ту часть структуры, которая не представляет по каким-то причинам интереса для ее профилирования, но которая выращена к моменту начала формирования интересующей части структуры и, соответственно, проведению измерений и вычислений.

Казалось бы, что имеется принципиальное ограничение на использование метода эффективной подложки. Указанный метод применим в диапазоне значений показателя преломления выращиваемых структур |N|>3. Однако, следует заметить, этому условию удовлетворяют практически все полупроводниковые материалы в видимой области спектра.

Другое существенное отличие предлагаемого способа заключается в том, что временной интервал измерений задают исходя из скорости роста, требуемых пространственного разрешения определяемого профиля состава и точности определения состава.

Временной интервал между измерениями может составлять от долей секунды до нескольких секунд. Существуют следующие обстоятельства, которые необходимо принимать во внимание при выборе интервалов времени между измерениями.

Слишком малые интервалы, обуславливающие формирование слоев слишком малых толщин, ведут к возрастанию ошибок при определении состава и делают невозможным достижение технического результата. Слишком большие интервалы, обуславливающие формирование слоев слишком больших толщин, приводят к возрастанию ошибок, которые влияют на пространственное разрешение профиля состава и нивелируют эффект получаемого технического результата. При слишком больших интервалах разбиения времени процесса получения массива эллипсометрических параметров, с учетом скорости роста, неприменимым становится приближение малых толщин и весь алгоритм расчета.

В то же время, в любом случае, одно из требований к выбору временного интервала измерений состоит в том, что толщина слоя, выросшего в течение временного интервала между j-м и (j+1)-ым измерениями, должна быть много меньше длины волны зондирующего излучения, а состав и оптические свойства данного слоя - постоянны. Это требование определяет верхний предел толщины слоя, который может быть сформирован в течение времени между j-м и (j+1)-ым измерениями, и максимально допустимый интервал времени между измерениями с учетом скорости роста структуры, при которых погрешность определения состава не превышает критического значения. Данное требование важно в отношении, как состава, так и пространственного разрешения профиля. Требование связано с разложением по малому параметру d_j/λ и условием постоянства состава слоя d_j, формируемого при росте структуры между измерениями.

С другой стороны, нижний предел толщины слоя, сформированного в течение времени между j-м и (j+1)-ым измерениями, и, как следствие, минимально допустимый интервал времени между измерениями выбирают исходя из требуемой точности определения состава. Чем меньше интервал времени между измерениями с учетом скорости роста и, как следствие, меньше толщина сформированного слоя в течение времени между j-м и (j+1)-ым измерениями, тем выше будет пространственное разрешение получаемого профиля, но хуже точность определения состава. И наоборот, чем больше интервал времени между измерениями с учетом скорости роста и, как следствие, больше толщина сформированного слоя в течение времени между j-м и (j+1)-ым измерениями, тем выше будет точность определения состава, но хуже пространственное разрешение получаемого профиля (в пределах рассматриваемых толщин слоев d_j, сформированных во временных промежутках между измерениями, принимая во внимание, что толщина слоя, выросшего в течение временного интервала между j-м и (j+1)-ым измерениями, должна быть много меньше длины волны зондирующего излучения). В целях достижения высокой точности определения состава и высокого пространственного разрешения профиля толщина сформированного слоя в течение времени между j-м и (j+1)-ым измерениями эллипсометрических параметров Ψ и Δ должна обеспечить такое изменение эллипсометрических параметров Ψ и Δ, которое не соизмеримо с погрешностью их измерения, намного превышает погрешность их измерения. Данное условие определяет нижний предел толщины слоя, который может быть сформирован в течение времени между j-м и (j+1)-ым измерениями, и минимально допустимый интервал времени между измерениями с учетом скорости роста структуры.

Решение о выборе конкретного интервала времени между j-м и (j+1)-ым измерениями при конкретной скорости роста, в конечном счете, принимается с учетом формы профиля состава, поставленной задачи и возможностей эллипсометра - его предельного быстродействия и точности измерений.

Предлагаемый способ реализуем. в частности, при выращивании гетероэпитаксиальных структур типа А₂В₆ в установках молекулярно-лучевой эпитаксии, оснащенных встроенным in situ одноволновым (функционирующим при одной длине волны света) быстродействующим эллипсометром. Эллипсометр должен обеспечивать проведение непрерывных эллипсометрических измерений в процессе выращивания гетероструктуры с необходимой точностью. В качестве такого эллипсометра может быть использован, например, эллипсометр ЛЭФ-755, который применяется в вышеприведенных для характеристики уровня техники решениях. Эллипсометр обеспечивает при формировании структуры измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ на одной длине волны света видимой области спектра λ=632,8 нм.

Кроме того, способ может быть реализован при выращивании гетероэпитаксиальных структур типа А₃В₅, поскольку принципиальные особенности профилирования, раскрытые в настоящем описании, могут быть использованы специалистом для профилирования указанных структур.

Для управления работой эллипсометра и установкой молекулярно-лучевой эпитаксии с целью корректировки состава формируемой структуры в процессе ее роста применяется программно-аппаратный комплекс. С программно-аппаратным комплексом через контроллер связаны узлы установки молекулярно-лучевой эпитаксии, обеспечивающие создание потоков атомов (молекул) веществ, используемых для формирования структуры требуемого состава. Посредством программно-аппаратного комплекса производится обработка измерений эллипсометрических параметров Ψ и Δ. Через контроллер осуществляется управление работой эллипсометра в процедуре измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ в процессе формирования структуры.

В ходе осуществления способа последовательно выполняют приведенные ниже действия.

Во-первых, определяют скорость роста структуры, используя измерения эллипсометрических параметров на одной длине волны видимой области спектра.

Перед формированием неоднородной, с изменением состава по толщине, части гетероструктуры на основе твердых растворов, в отношении которой проводят профилирование состава по толщине, предварительно определяют скорость ее роста. Для этого, выращивая однородный, с постоянным составом по толщине, слой, создают незначительное изменение его состава (δx<<1) с резкой границей, ступенчатое изменение, например, вызывая изменение в отношении компоненты CdTe - x от х=0,746 до х=0,773 в слое твердого раствора теллуридов кадмия и ртути. Это достигается в установке молекулярно-лучевой эпитаксии за счет незначительного изменения потока элемента шестой группы таблицы Менделеева, в частности, теллура, в случае формирования структуры типа А₂В₆ - твердого раствора теллуридов кадмия и ртути.

Если способ реализуют в отношении профилирования состава при эпитаксиальном формировании полупроводниковой структуры типа А₃В₅ посредством молекулярно-лучевой эпитаксии, то создают незначительное изменение состава, изменяя поток элемента третьей группы таблицы Менделеева. В случае формирования структуры, например, содержащей арсенид, этим приемом также достигают ступенчатого изменения состава.

Ступенчатое изменение состава приводит к возникновению интерференционных осцилляций эллипсометрических параметров на границах растущего слоя постоянного состава, которые проявляются с ростом его толщины. В плоскости эллипсометрических параметров измеряемые значения Ψ_i, Δ_i образуют спирального вида кривую. В качестве примера на Фиг. 1 показана такая кривая, полученная после создания «ступеньки» состава в процессе выращивания слоя твердого раствора теллуридов кадмия и ртути. По интерференционной кривой определяют конкретный состав растущего слоя, характеризующегося постоянством состава по толщине, и рассчитывают значение его толщины d, для каждого измерения. Одновременно при проведении эллипсометрических измерений регистрируют время каждого измерения t_i. Исходя из текущих значений толщины слоев и времени их измерения, получают скорость роста как средневзвешенное значение по формуле Получение скорости роста как средневзвешенного значения способствует более точному определению ее значения и, таким образом, усиливает эффект достижения технического результата.

В данном случае, при определении скорости роста как средневзвешенного значения, особые требования к выбору временных интервалов между измерениями эллипсометрических параметров Ψ_i, Δ_i отсутствуют. Чем чаще проводят измерения и, как следствие, меньше интервал времени между ними, тем точнее определяют средневзвешенное значение.

При формировании гетероструктур типа А₂В₆ методом молекулярно-лучевой эпитаксии используют потоки атомов (молекул), получаемых из эффузионных источников. Температура источников определяет величину потока испаряемого вещества. При росте слоев теллуридов, в частности, ZnTe, CdTe, HgTe, Hg_1-xCd_xTe, Zn_1-xCd_xTe, при ростовых температурах, в частности, соответствующих температуре подложки для ZnTe от 290 до 340°С, для CdTe от 270 до 320°С, для Zn_1-xCd_xTe от 270 до 340°С, для HgTe от 160 до 190°С, для Hg_1-xCd_xTe от 160 до 290°С, коэффициент прилипания молекул теллура близок к единице. Компонент, обуславливающий главным образом рост слоев структуры на поверхности подложки и определяющий скорость роста, - теллур. Коэффициент прилипания атомов элементов второй группы таблицы Менделеева - Cd, Zn и Hg - существенно меньше единицы. Поэтому скорость роста слоев, содержащих теллуриды, определяется потоком молекул теллура. Отношение потоков атомов элементов второй группы таблицы Менделеева (Cd для Hg_1-xCd_xTe, либо Zn для Zn_1-xCd_xTe) к потоку теллура определяет состав. В случае роста бинарных соединений величина избытка в потоке элементов второй группы таблицы Менделеева более порядка. Однако это не влияет значимым образом на скорость роста.

Аналогичным образом обстоит дело при формировании гетероструктур на основе соединений А₃В₅ методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Используют потоки атомов (молекул), например, In, Ga, As, Al, которые также получают из эффузионных источников. В этом случае имеются отличия в температурах роста, интервал ростовых температур составляет от 340 до 600°С. Отличаются и температуры источников, поскольку формирование молекулярных (атомарных) потоков происходит в отношении других испаряемых веществ. Однако коэффициент прилипания компонента, обуславливающего рост слоев структуры на поверхности подложки и определяющего скорость роста, в частности Ga, также близок к единице при ростовых температурах, соответствующих температурам подложки, на поверхности которой происходит формирование арсенидов. Скорость роста, слоев бинарных или тройных соединений определяется температурой источника атомов Ga, и, в конечном счете, параметрами формируемого потока атомов галлия. Состав же слоев варьируется отношением потоков атомов (молекул) указанных элементов третьей группы к потоку атомов галлия.

Типичные ростовые скорости составляют величину, лежащую в интервале от 0,001 до 2 мкм/час. Используемая величина скорости роста определяется, как правило, поставленной задачей. При формировании структур с квантовыми ямами толщиной несколько нанометров, используют малые скорости роста, а для структур микронных толщин - максимально высокие скорости роста.

Однако при формировании структур Hg_1-xCd_xTe для фотоприемников ситуация отличается от вышеуказанной типичной ситуации, поскольку используют скорости роста 3-5 мкм/час. Для данных фоточувствительных структур выращивают рабочие слои толщиной более 10 мкм с постоянным составом по толщине на подложках с вицинальной поверхностью, в частности, (013) или (112)В, что позволяет осуществлять формирование слоев при более высоких скоростях роста, до 3-5 мкм/час, без существенного изменения в худшую сторону электрофизических характеристик выращиваемого материала. Тем не менее, при этом конкретная скорость роста в процессе формирования структуры определяется величиной потока молекул теллура, а конкретный состав определяется отношением величины потока атомов кадмия к величине потока молекул теллура.

Для достижения усиления эффекта проявления технического результата обеспечивают также ряд следующих дополнительных условий, накладываемых на действие, связанное с определением скорости роста, проводимого перед измерениями эллипсометрических параметров Ψ и Δ в процессе формирования структуры, в отношении которой осуществляют профилирование.

Для обеспечения точности определения состава профилируемой структуры δx=0,01 (не хуже δx=±0,005) скорость роста должна быть определена с относительной погрешностью, по крайней мере, 1-2% или менее. Определяют скорость роста структуры, осуществляя данное определение на слое с постоянным составом, с точностью не хуже 2%. На Фиг. 2 показаны результаты моделирования для квантовой ямы твердого раствора теллуридов кадмия и ртути. Сплошной линией показан исходный, заданный, профиль состава, символами - результаты модельных расчетов при использовании точных значений скорости роста (кружки), и при значениях скорости, которые отличались от точных значений скорости роста на ±10% (квадраты и ромбы). Из этих расчетов следует, что для достижения точности определения состава δx=±0,01 относительная погрешность измерения скорости роста должна быть не хуже ±2%.

Во-вторых, проводят измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ при формировании структуры (см. Фиг. 3) на одной длине волны видимой области спектра, задавая, исходя из скорости роста, требуемого пространственного разрешения определяемого профиля состава и требуемой точности определения состава, временной интервал измерений. Выбор временного интервала диктуется формой профиля состава, поставленной задачей и возможностями эллипсометра - его предельного быстродействия и точностью измерений.

Тем не менее, в любом случае толщина слоя, выросшего в течение времени между j-м и (j+1)-ым измерениями, d_j должна быть много меньше длины волны зондирующего излучения λ. Кроме того, интервалы времени между измерениями выбирают таким образом, чтобы выращенный слой между j-м и (j+1)-ым измерениями удовлетворял условию постоянства состава и оптических свойств. Это означает, что изменение состава в отношении выращенного слоя d_j не должно превышать точность его определения.

Пространственное разрешение профиля состава по толщине выращиваемой структуры определяется только толщиной слоев, формируемых в течение времени между последовательными измерениями - временных интервалов между измерениями: чем меньше эта толщина, тем выше пространственное разрешение.

Точность определения состава в профиле состава по толщине выращиваемой структуры зависит от толщины слоев, формируемых в течение времени между последовательными измерениями, более сложным образом. Необходимо отметить следующее.

При малых толщинах слоев, формируемых в течение времени между последовательными измерениями - временных интервалов между измерениями, определяющую роль в достижении точности вычисления состава играют экспериментальные погрешности измерения эллипсометрических параметров.

Неопределенность, неточность определения, состава возрастает с выбором таких временных интервалов измерений, которые обуславливают формирование слоев критически малой толщины, при которых погрешности определения состава, обусловленные погрешностями измерений эллипсометрических параметров Ψ и Δ, превышают величину изменения состава, происходящего во временном промежутке между j-м и (j+1)-ым измерениями. Возрастание экспериментальных погрешностей определения состава с уменьшением толщины d_j связано с вычислением разностных производных при обработке данных измерений согласно нижеприведенной формуле (8), используемой для вычисления состава. В случае, когда величина погрешности измерения состава из-за ошибок измерения эллипсометрических параметров становится сравнимой с величиной его изменения на данном слое d_j, сформированном во временном промежутке между j-м и (j+1)-ым измерениями, то толщина слоя d_j соответствует оптимальной толщине, и достигается наиболее высокая точность определения состава. При уменьшении толщины слоя d_j, сформированного во временном промежутке между j-м и (j+1)-ым измерениями, от значения, соответствующего оптимальному, точность определения состава будет ухудшаться из-за возрастающего влияния погрешностей измерения параметров Ψ и Δ. При этом можно ограничиться значением толщины, при которой погрешность определения состава в 2 раза превысит его изменение.

В то же время при критически больших толщинах слоев, формируемых в течение времени между последовательными измерениями - временных интервалов между измерениями, начинает сказываться систематическая ошибка, обусловленная используемым линейным приближением в формуле для вычисления комплексного показателя преломления, а также возрастает изменение состава на данной толщине.

Для каждого конкретного случая профилирования состава формируемой структуры относительно определения состава в получаемом профиле при измерении эллипсометрических параметров Ψ и Δ с учетом факторов - материал структуры, угол падения света, точность эллипсометрических измерений, имеется диапазон значений толщины формируемых слоев в промежутке времени между каждым j-м и (j+1)-ым измерениями, для которых погрешность измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ позволяет однозначно определить кривую эволюцию эллипсометрических параметров и рассчитать состав слоя с реально приемлемой точностью.

Таким образом, проводят измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ при формировании структуры, задавая временной интервал измерений исходя из скорости роста и требуемого пространственного разрешения определяемого профиля состава.

Причем нижнее значение временного интервала измерений выбирают соответствующим условию формирования в течение каждого временного интервала между j-ым и (j+1)-ым измерениями слоя толщиной, при которой погрешность определения состава, обусловленная погрешностью измерения эллипсометрических параметров, в 2 раза превышает его изменение на рассматриваемом временном интервале. Конкретное значение данной толщины слоя, как показывают расчеты и эксперимент, равно 0,2 нм.

Верхнее значение временного интервала измерений выбирают соответствующим условию формирования в течение каждого временного интервала между j-ым и (j+1)-ым измерениями слоя толщиной много меньше длины волны зондирующего излучения, а его состав и оптические свойства постоянны. Конкретное значение данной толщины слоя, как показывают расчеты и эксперимент, равно 1,5 нм.

Определение указанным образом временных интервалов измерений с учетом скорости роста структуры согласовано со случайным разбросом при измерении эллипсометрических параметров (погрешностью), не превышающим величины δΨ=δΔ=0.01°, что обеспечивает, как подтверждено экспериментально, достижение технического результата (см. Фиг. 4-6). При этом требования к абсолютной точности измерений на порядок ниже.

В результате проведения измерений в отношении профилируемой структуры, либо ее части, которая представляет интерес в отношении профилирования распределения состава по толщине, получают массив данных (t_j, Ψ_j, Δ_j}, где j=1, 2, … m - порядковый номер выполненного измерения, m - полное число измерений.

При формирования структуры типа А₂В₆, как установлено экспериментом, слои теллурида, формируемые толщиной от 0,2 до 1,5 нм в промежутке времени между каждыми j-м и (j+1)-ым измерениями, при угле падения света ф со значением в диапазоне от 65° до 70° и погрешности измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ, равной 0,01°, обуславливают погрешность определения состава не хуже δх=0,01, что соответствует достижению эффекта технического результата, (см. Фиг. 4-6).

Для достижения технического результата в максимальной мере - для определения профилей состава с максимально высокой точностью - обеспечивают дополнительное условие, накладываемое на действия, связанные с проведением измерений эллипсометрических параметров Т и А. Экспериментально получено, что оптимальной толщиной слоев теллурида. формируемых в промежутке времени между j-м и (j+1)-ым измерениями, является толщина, равная 0,4 нм. При указанной толщине погрешность определения состава, в частности в области квантовой ямы. то есть области, в которой состав x близок к нулю, равна δx=0,005. Величина погрешности определения состава из-за ошибок измерения эллипсометрических параметров является сравнимой с величиной его изменения на слое толщиной 0,4 нм, сформированном во временном промежутке между j-м и (j+1)-ым измерениями. Поэтому толщина слоя d_j, равная 0,4 нм, соответствует оптимальной толщине, и достигается наиболее высокая точность определения состава.

В-третьих, по полученному массиву данных при измерении эллипсометрических параметров Ψ и Δ - (t_j, Ψ_j, Δ_j}, где j=1, 2, … m - порядковый номер выполненного измерения, m - полное число измерений, используя результаты определения скорости роста, в процессе роста осуществляют прямой расчет оптических постоянных слоев, выращенных в промежутке времени между j-м и (j+1)-ым измерениями.

Из полученного массива {t_j, Ψ_j, Δ_j} определяют средние значения оптических постоянных n_j и k_j для j-го слоя, который сформирован в интервале времени между j-м и (j+1)-ым измерениями.

При этом используют следующие уравнения, описывающие изменения эллипсометрических параметров в процессе роста гетероструктуры.

Для определения оптических постоянных j-го слоя решают обратную задачу с использованием модели «подложка - однородный слой с оптическими постоянными n_j и k_j и толщиной d_j». Толщину искомого слоя находят из измеренной ранее скорости роста и времени роста: Уравнения, которые выражает значения эллипсометрических параметров Ψ_j+1, Δ_j+1, _рассматриваемой структуры, имеют следующий вид (Р. Аззам, Н. Башара. Эллипсометрия и поляризованный свет. М.: Мир, 1981, 583 с.):

где

В выражении (2) приняты следующие обозначения:

r_p(s),j - коэффициенты Френеля p- и s- поляризации для границы раздела j-го слоя с воздухом, которые определяются через угол падения света на образец ϕ и комплексный показатель преломления j-го слоя N_j=n_j-ik_j как:

R_p(s),j - комплексные коэффициенты отражения света p- и s- поляризации от структуры, выросшей к моменту проведения j-го измерения;

где λ - длина волны зондирующего излучения.

Оптические постоянные j-го слоя n_j, k_j находятся решением комплексного уравнения (1). Все параметры, входящие в это уравнение, являются либо измеренными величинами (Ψ_j+1, Δ_j+1, d_j, λ, ϕ), либо функциями, зависящими от n_j, k_j (r_p(s),j, X_j) за исключением комплексных коэффициентов отражения R_p(s),j, которые описывают отражающие свойства структуры, сформированной к моменту времени t_j.

Для определения R_p(s),j используют метод эффективной подложки (В.А. Швец, О точности эллипсометрического контроля при выращивании полупроводниковых наноструктур // Опт. и спектр. - 2009. - Т. 107. - №5. - С. 822).

В основу метода эффективной подложки положена замена всей неоднородной структуры (с переменным составом по толщине), сформированной к моменту времени t_j, однородной средой с эффективными значениями оптических постоянных N_{эф j}=n_{эф j}-ik_эф. Значения эффективных констант подбираются таким образом, чтобы эллипсометрические параметры, рассчитанные при падении света на эффективную подложку, совпадали с измеренными параметрами Ψ_j, Δ_j. Из этого условия получается для комплексного коэффициента отражения эффективной подложки следующее уравнение:

где . С учетом (5) коэффициенты Френеля эффективной среды выражаются через измеренные эллипсометрические параметры и равны:

В соответствии с методом эффективной подложки неизвестные значения комплексных коэффициентов отражения R_p(s),j можно заменить коэффициентами Френеля r_p(s),j которые выражаются через измеренные в момент времени t_j эллипсометрические параметры Ψ_j, Δ_j и представлены формулами (6), (7). Ранее было показано, что такая замена правомерна, для полупроводниковых структур с высоким показателем преломления |N|~3 или более (В.А. Швец, О точности эллипсометрического контроля при выращивании полупроводниковых наноструктур // Опт. и спектр. - 2009. - Т. 107. - №5. - С. 822). В результате подстановки в уравнение (2) R_p(s),j=r_p(s),j получаем замкнутое уравнение (1), которое можно решить относительно N_j.

Решение уравнения (1) дает нахождение комплексного показателя преломления j-го слоя.

Для нахождения N_j преобразуем уравнение (1), разложив его по малому параметру d_j/λ<<1. С учетом вышеприведенных выражений (2)-(7) получаем:

Уравнение (8) является квадратным уравнением относительно Таким образом, значение комплексного показателя преломления j-го слоя N_j может быть вычислено аналитически, без привлечения численных методов. Знак корня при решении квадратного уравнения выбирается так, чтобы полученное значение N_j принадлежало области значений показателей преломления композиционного материала выращиваемой гетероструктуры.

В-четвертых, прямым образом вычисляют состав каждого слоя между двумя указанными измерениями, определяют состав композиционного материала.

Для определения состава x композиционного материала используются зависимости оптических постоянных данного материала от состава: n=n(x), k=k(x). Эти зависимости определяются экспериментально на массивных образцах, или на толстых пленках однородного состава.

Например, для материала Hg_1-xCd_xTe эти зависимости были определены in situ для температуры, при которой происходит рост структуры, и на длине волны λ=632,8 нм. Они с высокой точностью описываются эмпирическими соотношениями:

После определения значений n_j и k_j для каждого j-го слоя вычисляются значения состава x_nj и x_kj для твердого раствора, в частности, теллуридов кадмия и ртути, по приведенным формулам (9) и (10), соответственно.

Если речь идет о другом композиционном материале, то применяют аналогичные эмпирические соотношения.

В частности, для материала Al_xGa_1-xAs зависимости оптических постоянных от состава - n=n(x) и k=k(x) - при росте можно получить путем интерполяции кубическим полиномом данных, представленных в известной работе (Hiroji Kawai, Shunji Imanaga, Kunio Kaneko, and Naozo Watanabe, Complex refractive indices of AlGaAs at high temperatures measured by in situ reflectometry during growth by metalorganic chemical vapor deposition, Journ. of Appl. Phys. 61, 328 (1987); https://doi.org/10.1063/1.338825). В результате интерполяции для указанного материала получают зависимости n(x) и k(x), являющиеся аналогичными зависимостям (9) и (10) для Hg₁-_xCd_xTe:

n(x)=1.471х³-2.138х²-0,062х+4,105

k(x)=0,205х³-0,025х²-0,593х+0,410.

Полученные зависимости n(x) и k(x) могут быть использованы для определения состава каждого j-го слоя - x_nj, и x_kj для твердого раствора Al_xGa_1-xAs.

Кроме того, зависимости для определения состава материала можно получить эмпирическим путем, проводя эллипсометрические измерения на достаточно толстых пленках (толстых настолько, чтобы энергия части зондирующего луча, прошедшей в пленку, полностью поглощалась в ней, не достигая подложки). Либо зависимости для определения состава материала можно получить, используя данные справочников и корректируя их с учетом данных температуры роста (например: Adachi S. Optical constants of crystalline and amorphous semiconductors. Numerical data and graphical information. Kluwer Academic Publishers. - 1999. - 714 c.; Handbook of Optical Properties of Solids / Ed. by Edward D. Palik. Academic Press, 1998, vol. 1 - vol. 3).

В общем случае значения x_nj, и x_kj могут не совпадать между собой из-за ошибок измерения, методических погрешностей или неточности эмпирических соотношений, например, (9) и (10) для теллурида кадмия и ртути или соотношений в случае другого твердого раствора. Поэтому в качестве окончательного значения состава j-го слоя x_j следует брать среднее или средневзвешенное значение (если, например, соотношения (9) и (10) получены с разной точностью и имеют различный статистический вес).

Помимо упомянутого полупроводникового материала существует целый ряд полупроводников, которые представляют собой бинарные или тройные соединения элементов различных групп таблицы Менделеева с непрерывным изменением состава. Оптические постоянные этих соединений также зависят от состава. В качестве примера можно указать такие соединения как Si_xGe_1-x, оптические постоянные которого зависят от x и изменяются от n=3,87, k=0,019 для Si до n=5,47, k=0,71 для Ge (Adachi S. Optical constants of crystalline and amorphous semiconductors. Numerical data and graphical information. Kluwer Academic Publishers. - 1999. - 714 с.), твердые растворы Al_xGa_1-xAs, оптические постоянные которых изменяются от n=3.856 и k=0,196 для GaAs до n=3,11 и k=0 для AlAs (Hiroji Kawai, Shunji Imanaga, Kunio Kaneko, and Naozo Watanabe. Complex refractive indices of AlGaAs at high temperatures measured by in situ reflectometry during growth by metalorganic chemical vapor deposition. Journ. of Appl. Phys. 61, 328 (1987); https://doi.org/10.1063/1.338825). Соединение Al_xGa_1-xN образует непрерывную серию твердых растворов с изменением состава х. Показатель преломления Al_xGa_1-xN монотонно меняется в диапазоне 0<x<0,86 от значения n=2,35 для GaN до значения 2,05 для Al_0,86Ga_0,14N (Adachi S. Optical constants of crystalline and amorphous semiconductors. Numerical data and graphical information. Kluwer Academic Publishers. - 1999. - 714 c.). Определение состава x каждого из приведенных здесь композиционных материалов осуществляют, используя вышеописанные действия.

В-пятых, определяют координаты слоев и получают профиль распределения состава по толщине структуры.

Определяется состав каждого из слоев, выращенных в течение всех интервалов j=1, 2, … m, в отношении которых проведены измерения эллипсометрических параметров Ψ_j, Δ_j. Для каждого слоя, для которого определено значение состава x_j, рассчитывается координата его серединной точки z, в направлении нормали к поверхности образца. За начало координат выбираем точку, соответствующую началу эллипсометрических измерений. Тогда координата срединной точки определяется: После этого устанавливаем зависимость x_j(z_j), которая задает искомый профиль состава и решает поставленную задачу.

На Фиг. 4-6 показан результат использования полученных данных при практической реализации предлагаемого способа для определения профиля распределения состава по толщине при выращивании HgTe квантовых ям на установке молекулярно-лучевой эпитаксии.

В качестве сведений, подтверждающих возможность реализации изобретения с достижением технического результата, приводим нижеследующие примеры.

Пример 1.

При осуществлении профилирования состава в ходе эпитаксиального формирования полупроводниковой структуры на основе твердых растворов типа А₂В₆ - на основе теллуридов элементов второй группы таблицы Менделеева - используют измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ на одной длине волны света видимой области спектра λ=632,8 нм.

Перед измерениями, проводимыми в отношении структуры, профиль которой получают, посредством эллипсометрии определяют скорость роста структуры.

Определяют скорость роста структуры на слое с постоянным составом. Указанный слой формируют при незначительном изменении δx<<1 потока элемента шестой группы таблицы Менделеева при формировании структуры типа А₂В_{6 -} Те, вызывая изменение компоненты CdTe - x от х=0,746 до х=0,773 в слое твердого раствора теллуридов кадмия и ртути. В результате обеспечивают появление интерференции на растущем слое за счет отражения света от границы растущего слоя, приводящего к интерференционным осцилляциям эллипсометрических параметров Ψ и λ. Свет при этом подают относительно поверхности формируемого слоя толщиной d_i постоянного состава под углом ϕ=65°. Проводят измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ, и одновременно регистрируют время каждого измерения t_i. По интерференционной кривой определяют состав растущего слоя и рассчитывают значение его толщины d_i для каждого измерения. Исходя из текущих значений толщины слоя и времени измерения, получают скорость роста как средневзвешенное значение по формуле равное 0,10 нм/с. Определяют скорость роста структуры с точностью 2%.

Затем осуществляют измерения в отношении структуры, профиль которой получают.

Задают, исходя из скорости роста, временной интервал измерений, при котором толщина слоя, выросшего в течение временного интервала между j-ым и (j+1)-ым измерениями, при постоянстве его состава и оптических свойств равна значению 0,4 нм. Проводят с погрешностью ±0,01° и при угле падения света ϕ=65° измерения эллипсометрических параметров Ψ_j и Δ_j фиксируя время измерения t_j.

После измерений, в результате которых получают массив данных {t_j, Ψ_j, Δ_j}, где j=1, 2, … m - порядковый номер выполненного измерения, m - полное число измерений, используя результаты определения скорости роста и измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ в процессе роста, проводят вышепредставленную математическую обработку полученных экспериментальных данных. Осуществляют прямой расчет оптических постоянных слоев, сформированных на протяжении временных интервалов между каждыми двумя последовательными измерениями и прямым образом вычисляют состав каждого слоя между двумя указанными измерениями. Определяют координаты слоев и получают профиль распределения состава по толщине структуры.

Получены профили для выращенных последовательно пяти квантовых ям, показанные на Фиг. 4, которые подтверждают достижение технического результата. Точность определения состава в области дна квантовой ямы HgTe не хуже δx=±0,005.

Пример 2.

При осуществлении профилирования состава в ходе эпитаксиального формирования полупроводниковой структуры на основе твердых растворов типа А₂В₆ - на основе теллуридов элементов второй группы таблицы Менделеева - используют измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ на одной длине волны света видимой области спектра А=632,8 нм.

Перед измерениями, проводимыми в отношении структуры, профиль которой получают, посредством эллипсометрии определяют скорость роста структуры.

Определяют скорость роста структуры на слое с постоянным составом. Указанный слой формируют при незначительном изменении δx<<1 потока элемента шестой группы таблицы Менделеева при формировании структуры типа А₂В₆ - Те, вызывая изменение компоненты CdTe - x от х=0,746 до х=0,773 в слое твердого раствора теллуридов кадмия и ртути. В результате обеспечивают появление интерференции на растущем слое за счет отражения света от границы растущего слоя, приводящего к интерференционным осцилляциям эллипсометрических параметров Ψ_j и Δ_j. Свет при этом подают относительно поверхности формируемого слоя толщиной d_j постоянного состава под углом ϕ=68,77°. Проводят измерения эллипсометрических параметров Ψ_j и Δ_j и одновременно регистрируют время каждого измерения t_j. По интерференционной кривой определяют состав растущего слоя и рассчитывают значение его толщины d_j для каждого измерения. Исходя из текущих значений толщины слоя и времени измерения, получают скорость роста как средневзвешенное значение по формуле равное 0,032 нм/с. Определяют скорость роста структуры с точностью 2%.

Затем осуществляют измерения в отношении структуры, профиль которой получают.

Задают, исходя из скорости роста, временной интервал измерений, при котором толщина слоя, выросшего в течение временного интервала между j-ым и (j+1)-ым измерениями, при постоянстве его состава и оптических свойств, равна значению 0,2 нм. Проводят с погрешностью ±0,01° и при угле падения света ϕ=68,77° измерения эллипсометрических параметров Ψ_j и Δ_j, фиксируя время измерения t_j.

После измерений, в результате которых получают массив данных {t_j, Ψ_j, Δ_j), где j=1, 2, … m - порядковый номер выполненного измерения, m - полное число измерений, используя результаты определения скорости роста и измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ в процессе роста, проводят вышепредставленную математическую обработку полученных экспериментальных данных. Осуществляют прямой расчет оптических постоянных слоев, сформированных на протяжении временных интервалов между каждыми двумя последовательными измерениями и прямым образом вычисляют состав каждого слоя между двумя указанными измерениями. Определяют координаты слоев и получают профиль распределения состава по толщине структуры.

Получен профиль для квантовой ямы. показанный на Фиг. 5, который подтверждает достижение технического результата. Точность определения состава в области дна квантовой ямы HgTe не хуже δx=±0,01.

Пример 3.

При осуществлении профилирования состава в ходе эпитаксиального формирования полупроводниковой структуры на основе твердых растворов типа А₂В₆ - на основе теллуридов элементов второй группы таблицы Менделеева - используют измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ на одной длине волны света видимой области спектра Δ=632,8 нм.

Перед измерениями, проводимыми в отношении структуры, профиль которой получают, посредством эллипсометрии определяют скорость роста структуры.

Определяют скорость роста структуры на слое с постоянным составом. Указанный слой формируют при незначительном изменении δx<<1 потока элемента шестой группы таблицы Менделеева при формировании структуры типа A₂B₆ - Те, вызывая изменение компоненты CdTe - x от х=0,746 до х=0,773 в слое твердого раствора теллуридов кадмия и ртути. В результате обеспечивают появление интерференции на растущем слое за счет отражения света от границы растущего слоя, приводящего к интерференционным осцилляциям эллипсометрических параметров Ψ_j и Δ_j. Свет при этом подают относительно поверхности формируемого слоя толщиной d_j постоянного состава под углом ϕ=70°. Проводят измерения эллипсометрических параметров Ψ_i и Δ_i и одновременно регистрируют время каждого измерения t_j. По интерференционной кривой определяют состав растущего слоя и рассчитывают значение его толщины d_i для каждого измерения. Исходя из текущих значений толщины слоя и времени измерения, получают скорость роста как средневзвешенное значение по формуле равное 0,024 нм/с. Определяют скорость роста структуры с точностью 2%.

Затем осуществляют измерения в отношении структуры, профиль которой получают.

Задают, исходя из скорости роста, временной интервал измерений, при котором толщина слоя, выросшего в течение временного интервала между j-ым и (j+1)-ым измерениями, при постоянстве его состава и оптических свойств, равна значению 1,5 нм. Проводят с погрешностью ±0,01° и при угле падения света ϕ=70° измерения эллипсометрических параметров Ψ_j и Δ_j, фиксируя время измерения t_j.

После измерений, в результате которых получают массив данных {t_j, Ψ_j, Δ_j}, где j=1, 2, … m - порядковый номер выполненного измерения, m - полное число измерений, используя результаты определения скорости роста и измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ в процессе роста, проводят вышепредставленную математическую обработку полученных экспериментальных данных. Осуществляют прямой расчет оптических постоянных слоев, сформированных на протяжении временных интервалов между каждыми двумя последовательными измерениями и прямым образом вычисляют состав каждого слоя между двумя указанными измерениями. Определяют координаты слоев и получают профиль распределения состава по толщине структуры.

Получен профиль для квантовой ямы, показанный на Фиг. 6, который подтверждает достижение технического результата. Точность определения состава в области дна квантовой ямы HgTe не хуже δx=±0,01.

Изобретение относится к профилированию состава твердых растворов гетероэпитаксиальных структур при их росте. Способ при формировании структуры типа А₂В₆ на основе теллуридов элементов второй группы таблицы Менделеева включает измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ на одной длине волны света видимой области спектра. Перед измерениями, проводимыми в отношении структуры, профиль которой получают, посредством эллипсометрии определяют скорость роста структуры. При осуществлении измерений, проводимых в отношении структуры, профиль которой получают, задают, исходя из скорости роста, временной интервал измерений, при котором толщина слоя, выросшего в течение временного интервала между j-м и (j+1)-м измерениями, при постоянстве его состава и оптических свойств равна значению от 0,2 до 1,5 нм, включая указанные значения. Затем проводят с погрешностью не более 0,01° и при угле падения света ϕ со значением в диапазоне от 65 до 70° измерения эллипсометрических параметров Ψ_j и Δ_j, фиксируя время измерения t_j. После измерений, в результате которых получают массив данных {t_j, Ψ_j, Δ_j}, где j=1, 2, … m - порядковый номер выполненного измерения, m - полное число измерений, используя результаты определения скорости роста и измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ в процессе роста, осуществляют прямой расчет оптических постоянных слоев, сформированных на протяжении временных интервалов между каждыми двумя последовательными измерениями. Прямым образом вычисляют состав каждого слоя между двумя указанными измерениями, определяют координаты слоев и получают профиль распределения состава по толщине структуры. В результате обеспечивается: повышение точности определения профиля распределения состава - молярной компоненты твердого раствора x, меняющейся от 0 до 1, по толщине формируемой структуры, вплоть до достижения пространственного разрешения нанометрового масштаба, как по толщине, так и по составу, непосредственно в процессе роста; достижение возможности получения профиля распределения состава по толщине с любого момента в процессе формирования структуры. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.

1. Способ профилирования состава при эпитаксиальном формировании полупроводниковой структуры на основе твердых растворов, включающий при формировании структуры типа А₂В₆ на основе теллуридов элементов второй группы таблицы Менделеева измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ на одной длине волны света видимой области спектра, отличающийся тем, что перед измерениями, проводимыми в отношении структуры, профиль которой получают, посредством эллипсометрии определяют скорость роста структуры, при осуществлении измерений, проводимых в отношении структуры, профиль которой получают, задают, исходя из скорости роста, временной интервал измерений, при котором толщина слоя, выросшего в течение временного интервала между j-м и (j+1)-м измерениями, при постоянстве его состава и оптических свойств равна значению от 0,2 до 1,5 нм, включая указанные значения, проводят с погрешностью не более 0,01° и при угле падения света ϕ со значением в диапазоне от 65 до 70° измерения эллипсометрических параметров Ψ_j и Δ_j, фиксируя время измерения t_j, после измерений, в результате которых получают массив данных {t_j, Ψ_j, Δ_j}, где j=1, 2, … m - порядковый номер выполненного измерения, m - полное число измерений, используя результаты определения скорости роста и измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ в процессе роста, осуществляют прямой расчет оптических постоянных слоев, сформированных на протяжении временных интервалов между каждыми двумя последовательными измерениями, и прямым образом вычисляют состав каждого слоя между двумя указанными измерениями, определяют координаты слоев и получают профиль распределения состава по толщине структуры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определяют скорость роста структуры, проводя определение на слое с постоянным составом, при этом посредством незначительного изменения δx<<1 потока элемента шестой группы таблицы Менделеева при формировании структуры типа А₂В₆ - Те, вызывая изменение компоненты CdTe - x от х=0,746 до х=0,773 в слое твердого раствора теллуридов кадмия и ртути, обеспечивают появление интерференции на растущем слое за счет отражения света, падающего под углом ϕ, принимающим значение в диапазоне от 65 до 70°, от границы растущего слоя, как следствие, приводящего к интерференционным осцилляциям эллипсометрических параметров, проводят измерения эллипсометрических параметров Ψ_i и Δ_i и одновременно регистрируют время каждого измерения t_i, по интерференционной кривой определяют конкретный состав растущего слоя, характеризующегося постоянством состава по толщине, и рассчитывают значение его толщины d_i для каждого измерения, исходя из текущих значений толщины слоя и времени измерения, получают скорость роста как средневзвешенное значение по формуле

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что определяют скорость роста структуры, проводя определение на слое с постоянным составом, с точностью не хуже 2%.