СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ И ТОЛЩИНЫ ПЛЕНОК Советский патент 1972 года по МПК G01B11/06 

Изобретение отиосится к технике измерения скорости образования и толщины слоев в эпитаксиальных структурах в процессе их образования.

Известные оптические способы измерения толщины пленок основаны на использовании интерференции инфракрасного излучения, отраженного от поверхности раздела пленка-подложка.

Известные способы применимы только для измерения высокоомиых эпитаксиальных слоев (,09 ом-см), осаждеиных на низкоомную подложку (,015 ом-см), а также тем, что измеряется толщина уже готового слоя после его извлечения из реактора. Тем самым контроль толщины носит пассивный характер.

Настоящий способ измерения толщины эпитаксиальных слоев позволяет проводить измерения непосредственно в ходе получения эпитаксиальных структур независимо от уровня легирования подложки и растущих слоев, от колебаний те.мпературы, состава и скорости прохождения газопаровой смеси благодаря тому, что на подложке создают отражательную дифракционную решетку, представляющую собой чередование областей защитного покрытия и открытых участков подложки, затем облучают указанную решетку внешни.м когерентным источником излучения и регистрируют изменение интенсивности в одном из дифракционных максимумов излучения.

На фиг. 1 изображена кремниевая подложка, на поверхности которой созданы полоски окисла SiOs; на фиг. 2 - фазовая решетка, образованная чередованием полосок окисла и кре.мния, свободного от окисла; на фиг. 3 - зависимость распределения интенсивности отраженного лазерного излучения от угла 6 для различных значений

-- - Япйенкн я : О (а) а

7. -

-f (б), г.(в) (г)

15

На поверхности кремниевой подложки методом маскирования создают одну или несколько полосок окисла SiOg, между которыми на.ходится основная подложка кремния, свободная от окисла (см. фиг. 1). Затем подложку помещают в реактор, где предполагается производить наращивание. Лазерное излучение направляется через реактор на решетку, образованную чередованием полосок кремния и окисла, отражается от нее и выходит из реактора (см. фиг. 2).

был бы порядка 10-100 А, где t - длина волны лазерного излучения. Кроме того, четкое разделение максимумов и минимумов интенсивности в дифракционной картине зависит от числа иериодов решетки. Решетка, состояш,ая только из одной полоски окисла, окруженной основной подложкой кремния, дает достаточно четкую дифракционную картину распределения интенсивности.

В процессе селективного зпитаксиального наращивания, когда пленка растет только на открытых участках кремниевой подложки и не растет на окисле, будет происходить изменение фазы луча, отраженного от подложки. Фаза же луча, отраженного от окисленного участка, изменяться не будет. Таким образом, освещенный участок подложки можно рассматривать как управляемую отражательную фазовую дифракционную решетку, причем управление фазой осуществляется самим процессом роста пленки.

Окончательная формула, описывающая дифракционное поле в дальней зоне

KS

sin2 -sin в

KB sin в

у

sin кв sin e

KS

sine

Xll-f cos(«6Sine-f z)

6 - дифракционный угол, b - ширина полоски окисла, равная щирине полоски подложки,

2т1

(плешш - разность фаз лучей, отраженных от пленки и от подложки,

d толщинаэпитаксиальной

пленки.

Эта формула полностью описывает распределение интенсивности по углу дифракции. Зависимость распределения интенсивности от разности фаз приводит к перераспределению интенсивности в максимумах. На фиг. 3 приведено распределение интенсивности от угла

- 3 в для различных значений ,-,7t, - тт,

ЧТО соответствует толщинам выращенной пленки плепк 1 0,--,--, -L соответственно. Если 848

приемником настроиться на один из максимумов, то интенсивность в нем будет меняться по закону

///, 008

Проводя ее непрерывную запись, можно в любой данный момент времени определять толщину выращиваемой пленки и скорость ее роста. Точность определения толшины будет зависеть от соотнощения сигнал/шум на приемнике. Но даже при грубой оценке можно сказать, что данная методика позволяет оценивать толщину растущей пленки с точностью

не хуже чем - , что полностью удовлетворяет 8

требованиям современной микроэлектроники при использовании видимого излучения.

Предмет изобретения

Способ измерения скорости образовгния и толщины пленок в процессе их образования, отличающийся тем, что, с целью получения результатов, не зависящих от оптических свойств

растущего слоя, подложки, ранее выращенных и переходных слоев, температуры проведения процесса наращивания или ее колебаний, на подложке создают отражательную фазовую дифракционную рещетку, представляющую собой чередование областей защитного покрытия, обеспечивающее селективное наращивание, и открытых участков подложки, затем облучают указанную решетку внешним когерентным излучением и регистрируют изменение

интенсивности в одном из дифракционных максимумов излучения, отраженного от участков защитного покрытия и от незащ ищенных участков растущей пленки, причем толщину и скорость образования выращиваемой пленки

определяют из условия, что расстояние между соседними минимумами регистрируемого сигнала соответствует приращению пленки Дс

i

где . - длина волны излучения.