Определение толщины эпитаксиальных слоев по размерам дефектов упаковки

Этот метод измерения толщины слоя пригоден толь ко для эпитаксиальных слоев. Дефекты упаковки связаны с нарушениями в расположении плоскостей кристаллической решетки и в большинстве случаев начинаются на границе эпитаксиальный слой — подложка. В процессе роста слоя дефекты упаковки прорастают через весь слой, так что после обработки в специальном травителе на поверхности эпитаксиального слоя образуются характерные фигуры травления, соответствующие выходу дефектов упаковки на поверхность. На рис.6.3 представлена микрофотография дефектов упаковки на плоскости (111).

Схематическое изображение фигуры травления, образующейся в месте выхода дефекта упаковки на поверхность эпитаксиального слоя, выращенного на подложке с ориентацией (111), приведено на рис.6.4. Эта фигура представляет собой равносторонний треугольник, образованный выходящими: на поверхность плоскостями (111), (111) и (111).

Пересечение плоскостей друг с другом и с поверхностью слоя образует в. объеме эпитаксиального слоя тетраэдр с вершиной, расположенной на поверхности подложки. Это обстоятельство и используется для измерения толщины эпитаксиальных слоев. Дело в том, что толщину эпитаксиального слоя можно с помощью простых геометрических соотношений связать с длиной стороны равностороннего треугольника.

На плоскости (100) дефекты имеют вид квадратов, а на плоскости (110) — вид равнобедренных треугольников. Системы плоскостей, образующих грани дефектов с поверхностью эпитаксиальных пленок, пересекаются в направлениях [110] для плоскости (111), [110] — для плоскости (100) и [110] и [211] — для плоскости (110).

Толщину эпитаксиального слоя d определяют по формулам:

≈0.816 a – для плоскости (111),

≈0.581 a – для плоскости (110),

≈0.704 a – для плоскости (100),

где а — длина стороны дефекта упаковки, измеренная на поверхности эпитаксиального слоя.

Дефекты упаковки и выявляются после обработки поверхности кремния в селективном травителе. Для выявления дефектов упаковки используются различные химические травители. Например, для кремниевых эпитаксиальных слоев, ориентированных в плоскости (111), рекомендуется травитель, приготовленный растворением в 100 мл воды 50 г трех окиси хрома (СгОз) и 75 мл концентрированной фтористоводородной (плавиковой) кислоты (HF). Этим химическим составом фигуры травления проявляются в течение 30 с без заметного стравливания эпитаксиального слоя. Размер стороны выявленной фигуры определяется стандартным микроскопом. Если необходимо избегать химического травления, то можно использовать микроскоп с фазовым или интерференционным контрастом, позволяющим наблюдать незначительные выступы на поверхности (~0,02 мкм), которые обычно образуются в местах пересечения дефекта упаковки с поверхностью эпитаксиального слоя.

При измерениях необходимо учитывать лишь максимальные размеры сторон дефектов, так как в ряде случаев дефекты упаковки могут зарождаться не только в самый начальный момент эпитаксиального роста, но и на более поздних стадиях. Поэтому размеры фигур травления будут различными. Для ограничения этого источника ошибок при измерениях толщины рекомендуется выбирать фигуры травления наибольших размеров. Если поверхность эпитаксиального слоя не параллельна выбранной кристаллографической плоскости, фигура травления не будет равносторонней и при подсчете толщины будет допускаться ошибка. Величина этой ошибки зависит от направления разориентации по отношению к измеряемой стороне фигуры.

Метрологическая оценка этого метода показывает, что воспроизводимость определения толщины не хуже 10 %.

Дата добавления: 2014-01-07