Способ определения момента окончания процесса ионного травления пленок Советский патент 1993 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к области технологии полупроводниковых приборов.

Цель изобретения - повышение точности определения момента окончания процесса ионного травления пленки. : На фиг.1 представлен график зависимости фотбэмиссиокнЪто тока рт времени до случая, когда работа выхода электрона с пленки больше работы выхода электрона с подложки, где по оси аосцисс отложено время травления, а по оси ординат ток фотоэмиссии; на фиг.2 - такая же зависимость для Случая, когда работа выхода электрона с пленки меньше работы выхода электрона с подложки.

Способ определения момента окончания процесса ионного травления плёнок осуществляется следующим образом.

Образец с Тонкой пленкой, толщиной, равной длине свободного пробега электрона,

т О ; :- :

.т.е. 10 А освещают электромагнитным

излучением оптического диапазона, предпочтительно ультрафиолетовым.

При этом энергия бомбардирующего фотона нэходится.в диапазоне между работой выхода электрона с пленки и уровнем энергии дна валентной зоны пленки.

При освещении измеряют ток вторичных электронов (ток фотоэмиссии) в зависимости от времени:

При достижении точки перегиба на этой кривой (точки А и В соответственно на фиг.1 .- и 2), т.е. по достижении переходного слоя, изменяют энергию бомбардирующего фотона на величину Д . удовлетворяющую ус ЛОВЙЮ . :

.. , I р - рз ,

--.. -

где ) i - работа выхода электрона с пленки; рз работа выхода электрона подложки, причем измененная энергия фотона р4 удовлетворяет условию

С

о о

о

СО

р4 /) + , если рз р - Ai/, если

Точку перегиба определяют по второй производной ( /д t2 0 .

Таким образом, энергию бомбардирующего фотона надо увеличить при условии, что работа выхода электрона с пленки меньше работы выхода электрона с подложки и соответственно уменьшить при обратном условии.

При этом, т.к. за изменение химической связи ответственны валентные электроны, то so всех случаях энергия бомбардирующего фотона должна находиться в диапазоне уровней дна валентных зон соответственно .пленки и подложки.

Изменение энергии бомбардирующего фотона приведет к скачку тока фотоэмиссии (точки С и D соответственно фиг.1 и 2), а затем ток фотоэмиссии во времени будет либо монотонно падать (фиг.1), либо возрастать (фиг.2) до достижения постоянного значения, т.е. до условия 3l/dt 0, что свидетельствует о-полном стравливании пленки.

Пример 1. Исследовался образец .тонкой пленки сплава РС-ЗОООК толщиной 300 А°, нанесенной на термически окисленную кремниевую подложку. Фотоэлектрическая работа выхода электрона с подложки -- 10 эВ. Образец подвергался ионно-химиче- скому травлению в реакторе установки УРМ.3.279.026. Травителем .являлись ионы газа SFe, образующиеся в источнике ионов ИИ -4-0.15 при давлении Па.

Контроль ионно-химического травления осуществлялся каждые 2 минуты, при этом источник ионов отключался. :

Образец с пленкой освещался ультра- фиоЯетовым светом, пропускаемым- через дифракционный монохроматор и фильтр БС-12. Энергия бомбардирующего фотона равнялась, т.е. расположена в диапазоне 9,8 4,95 4,5 эВ (фотоэлектрическая работа выхода электрона с, пленки 4,5 эВ).

В процессе освещения измеряли вели- .чину фотозмиссионного тока I с пленки с ошибкой не более 10%.

Достижение точки перегиба на кривой зависимости тока фотоэмиссии от времени (точка А фиг.1) свидетельствует о том, что достигнут переходной слой с другой химической структурой толщиной не более 10-20 о . - А, В этом режиме контроль ведут каждые 30 с. Энергию бомбардирующего фотона увеличивают на 5,6 эВ, при этом результи-

рующая энергия бомбардирующего фотона расположена в диапазоне уровней энергий валентных зон подложки и пленки, С помощью монохроматора изменяют энергию бомбардирующего фотона и ток фотоэмиссии скачкообразно возрастает, а затем монотонно спадает до практически постоянного значения, определенного фоном. Достижение этого значения,

т.е. di/dt 0, свидетельствует о полном стравливании пленки..

Пример 2. Исследовался образец

О .

тонкой пленки SI02 толщиной 100 А , термически выращенный на кремниевой подложке. Фотоэлектрическая работа электрона с подложки 5,1 эВ.

Режим травления и период травления аналогичен примеру 1.

Тонкую пленку освещали светом по методике, описанной выше. Энергия фотонов равнялась 10 эВ. В процессе травления ток фотоэмиссии возрастает. Травление продолжали до достижения на кривой i(t) точки

перегиба (точка В на фиг.2), что свидетельствует о достижении переходного слоя. Затем энергию бомбардирующего фотона уменьшают на величину 4,9 эВ. После изменения энергии бомбардирующих фотонов

ток фотоэмиссии резко падает (точка D на фиг.2), а затем начинает монотонно возрастать до постоянного значения, что свидетельствует об окончании процесса травления.,

По сравнению с известными данный способ обеспечивает повышение точности контроля момента окончания процесса ионного травления на 20%, с возможностью его применения при стравливании тонких пле- ° нок толщиной менее 100 А. ..-

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ определения момента окончания процесса ионного травления пленок, включающий облучение пленок зондирующим излучением, определение зависимости, изменения тока электронной эмиссии от

времени травления, по которой определяют момент окончания процесса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, в качестве зондирующего используют ультрафиолетовое излучение с энергией фотона р, удовлетворяющей условию:

.

и по достижении значения второй производной функции, отражающей указанную зависимость, равного нулю, изменяют энергию фотона на величину Лу , удовлетворяющую условию

Ау (рз,где /51 - работа выхода электрона пленки;

- уровень энергии дна валентной зоны пленки;

- работа выхода электрона подложки,

причем измененная энергия фотона удовлетворяет условию:

р4(. если с/зз.

р - , если pi(/%

а момент окончания процесса травления определяют по достижению первой производной указанной функции нулевого значения.

Использование: в технологии полупроводниковых приборов, в частности в способах контроля процессов ионного травления пленок. Сущность изобретения: облучают пленку ультрафиолетовым излучением. Регистрируют зависимость изменения фотото- .ка от времени травления, по виду которой определяют момент окончания процесса. 2 ил. -. -..