Инфракрасная интерферометрия

Метод инфракрасной (ИК) интерферометрии применяют для определения толщины слаболегированного эпитаксиального полупроводникового слоя на сильнолегированной подложке. Он основан на явлении отражения лучей ИК света от поверхности эпитаксиального слоя и от подложки и их интерференции. Эпитаксиальный слой должен быть прозрачным в используемом интервале длин волн, а оптические постоянные слоя и подложки должны быть различными. Для кремниевых структур n-n⁺ и p-p⁺ в диапазоне длин волн l >>2 мкм эти условия выполняются.

Если излучение не монохроматическое, то в результате интерференции волн, отраженных от границ слоя, будут наблюдаться минимумы и максимумы, соответствующие тем длинам волн, для которых разность фаз между лучами I ₁ и I ₂ равна π m, где m - целое число. Разность фаз определяется фазовыми сдвигами на границах пленки и оптической разностью хода (рис.6.5).

Сдвиг фаз φ на границе с подложкой зависит от показателей преломления и поглощения в подложке. Для значений φ при различных длинах волн l и удельных сопротивлениях ρ кремния имеются подробные таблицы в диапазонах длин волн (2 − 40) мкм и удельных сопротивлений (1×10⁼² − 1×10^-3) Ом·см.

Толщину слоя рассчитывают по положению экстремумов интерференционной картины, известному значению показателя преломления в слое n ₁ и углу падения луча света Θ. Упрощенное выражение для расчета d при пренебрежении изменением фаз на границах слоя имеет вид:

, (6.3)

где m - разность порядков максимумов интерференции на длинах волн l ₁ и l ₂.

Для получения интерференционной картины, содержащей по крайней мере два экстремума, необходимо, чтобы толщина пленки d была больше 0,5 мкм, учитывая, что показатель преломления кремния n»3,5.

В производстве этот метод применяют при измерении толщины эпитаксиальных слоев d >1 мкм.

Верхняя граница диапазона измеряемых толщин составляет 80 мкм и определяется расходимостью светового пучка, что приводит к уширению полос интерференции и ухудшению контрастности интерференционной картины. Погрешность метода оценивается в (6 - 8)%. При определении d по упрощенной формуле (6.1) погрешность может достигать 40%. Увеличивает погрешность измерения d и наличие поглощения в эпитаксиальном слое. Чтобы можно было пренебречь поглощением в диапазоне l = (6 - 40) мкм, удельное сопротивление слоя должно быть больше 0,1 Ом×см.

Дата добавления: 2014-01-07