СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЕВ В ПРОЦЕССЕ ИХ ОСАЖДЕНИЯ Советский патент 1995 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля толщины слоев при изготовлении полупроводниковых приборов.

Цель изобретения повышение точности и расширение класса контролируемых слоев.

На фиг. 1 показан ход лучей при генерации теплового излучения в исходной структуре; на фиг. 2 приведен график изменения интенсивности собственного теплового монохроматического излучения образующейся структуры во времени, в процессе осаждения слоя.

На фиг. 1: осаждаемый слой 1, подслой 2 исходной структуры, подложка 3 исходной структуры, пучок 4 теплового излучения, вышедший через осаждаемый слой 1, пучок 5 теплового излучения, отраженный от границ: осаждаемый слой газопаровая фаза и осаждаемый слой подслой и вышедший через осаждаемый слой 1.

На фиг. 2: I величина регистрируемого сигнала; t время длительности процесса осаждения; I_о величина регистрируемого сигнала до начала осаждения; t_о момент времени, с которого начата регистрация сигнала I_о; t₁ момент времени, соответствующий началу осаждения слоя; t₂, t₃, t₄, t₅ и t₆ моменты времени, соответствующие регистрации экстремальных значений сигнала; t_ф момент прекращения осаждения слоя; I_ф величина регистрируемого сигнала после прекращения осаждения; t_к момент времени прекращения регистрации сигналов.

П р и м е р. Контролируется процесс осаждения слоя поликристаллического кремния на исходную структуру, представляющую собой подложку монокристаллического кремния с подслоем нитрида кремния.

Исходные данные: материал подложки n-Si, температура осаждения 1300 К, монохроматичность теплового излучения определяется используемым интерференционным фильтром с максимумом пропускания, равным 68% на длине волны 2,44 мкм.

Нагревают исходную структуру и модель абсолютно черного тела (АЧТ) до 1300 К и измеряют мощности собственного теплового излучения, выходящего через подслой структуры Е_струк. и модели абсолютного черного тела Е_АЧТ измерения проводят в спектральном диапазоне, определяемом интерференционным фильтром. В произвольных единицах Е_струк. 77, а Е_АЧТ= 120. Определяют излучательную способность ε_o по формуле
ε_o=
ε_o 0,642
Помещают исходную структуру в реактор (если измерения Е_струк. проводились вне реактора) и нагревают до температуры осаждения.

В интервал времени t₁-t_о пять раз измеряют сигнал I_о. Измеренные значения сигнала I_o в произвольных единицах равны 70; 70; 70,1; 69,9; 70. Определяют среднее арифметическое значение сигнала I_о 70. В момент времени t₁ начинают газотранспортное осаждение поликристаллического слоя кремния и непрерывно регистрируют интенсивность собственного теплового монохроматического излучения образующейся структуры I(t) (фиг. 2). В момент времени t_ф прекращают осаждение слоя. Определяют значение сумы I_маск + I_мин, соответствующей последнему целому полупериоду зависимости I(t), (интервал времени t₆-t₅). Эта сумма равна 82 + 67 149.

Определяют показатель преломления n по формуле:
n , где (I_макс + I_мин)N сумма соседних максимального и минимального значений интенсивностей теплового излучения образующейся структуры, соответствующая последнему целому полупериоду зависимости I(t), предшествующему моменту прекращения осаждения слоя.

n 3,57. По оси t (фиг. 2) определяют длину отрезков t₂-t₁ 13 мм; t₃-t₂ 20 мм; t₆-t₅ 6 мм. Рассчитывают значения
h₁= 0,65 и h_N= 0,3. Определяют толщину осажденного слоя в соответствии с соотношением
d (h₁+N+h_N), где N число целых полупериодов зависимости I(t);
h₁ расстояние, измеренное по оси t от точки t₁ до t₂ в долях отрезка t₂-t₃ (фиг. 2);
h_N расстояние измеренного по оси t то точки t₆ до t_ф, в долях отрезка t₅-t₆ (фиг. 2).

d (0,65+4+0,3) 0,846 мкм Погрешность в определении толщины слоя d за счет относительной погрешности в определении n, равной 0,02, не превышает ±0,0017 мкм. При определении толщины осажденного слоя поликристаллического кремния из анализа полученной зависимости I(t) по способу-прототипу, получается толщина равная 0,883 мкм. Причем погрешность в определении толщины, за счет неточно заданного для расчета d значения n, составляет ± 0,1 мкм.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЕВ В ПРОЦЕССЕ ИХ ОСАЖДЕНИЯ, включающий регистрацию временной зависимости интенсивности собственного теплового монохроматического излучения образующейся структуры I(t) и определение толщины слоя по числу полупериодов этой зависимости и значению показателя преломления осаждаемого слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения класса контролируемых слоев, перед осаждением измеряют излучательную способность и интенсивность собственного теплового излучения нагретой до температуры процесса осаждения исходной структуры на длине волны монохроматического излучения и искомую величину определяют, используя вычисленный по следующей форме показатель преломления h:

где ε_o излучательная способность исходной структуры;
среднее арифметическое значение интенсивности собственного теплового излучения исходной структуры;
(I_макс + I_мин)_N сумма соседних максимального и минимального значений интенсивностей, определенных из зависимости J (t), соответствующая последнему целому полупериоду.