Сопоставление различных методов измерения толщины эпитаксиальных слоев

Каждый из рассмотренных выше методов имеет определенную область применения, свои достоинства и недостатки.

Метод декорирования шлифов применим для определения толщины любых структур, различающихся по типу проводимости или существенно (в 100 и более раз) отличающихся по величине проводимости. Толщину эпитаксиального слоя можно измерять в широком диапазоне. Однако этот метод разрушает слой и, кроме того, относительно трудоемок и медлителен. Целесообразно использовать его в качестве контрольного по отношению к другим методам.

Интерференционный метод является неразрушающим и имеет высокую точность. Однако этот метод применим только для структур n-n+ или p-p+ ( p-n+ или n-p+ ), где n⁺ и р⁺ - области, относящиеся к подложке, не должны иметь удельное сопротивление выше 1·10^-2 Ом·см. Точность метода значительно снижается, если граница между эпитаксиальным слоем и подложкой недостаточно резка. Метод позволяет измерять толщину слоев в ограниченном диапазоне — от двух до нескольких десятков микрометров (правда, этот диапазон интересен с точки зрения создания полупроводниковых приборов).

Интерференционный метод перспективен для производственного контроля пленок, изготовляемых на стандартных низкоомных подложках, имеющих гладкую повехность и хорошую однородность по толщине.

Граница эпитаксиальный слой - подложка не является резкой. Вследствие процессов автолегирования и диффузии примесей из подложки во время эпитаксиального наращивания между подложкой и слоем возникает переходная область с монотонным характером примесного профиля. В такой структуре определение толщины эпитаксиального слоя становится в известной мере условным и заключается в сущности в выборе точки отсчета на кривой примесного профиля переходной области. Различные методы измерения толщины фиксируют эту точку отсчета избирательно в соответствии с особенностями физических принципов, положенных в их основу.

Измеренная различными методами толщина эпитаксиального слоя будет иметь разные значения и величина этих расхождений должна в известной степени коррелировать с шириной переходной области. Именно это обстоятельство является причиной того, что абсолютная погрешность каждого из рассмотренных выше методов измерения толщины не поддается оценке. Для сопоставления различных методов измерения толщины в выбраны три характерные точки (рис.1).

Здесь d ₁ - плоскость, проходящая через полувысоту подъема концентрации, d ₂ - плоскость, проходящая через пересечение касательной к спадающей части концентрационной кривой в точке ее полувысоты с продолжением участка равномерного примесного профиля в подложке; d ₃ - плоскость, проходящая через начало равномерного участка примесного профиля в подложке.

Толщина эпитаксиального слоя d _ик измеренная методом ИК интерференции с учетом фазовой поправки, наилучшим образом соответствует толщине d ₃. При этом d _ик несколько меньше, чем d ₃. Следовательно, толщина d _ик включает в себя практически всю переходную область. Метод косого шлифа дает измеренное значение толщины d _кш очень близкое к величине d ₂, при этом d _кш< d ₂.

Таким образом, толщина эпитаксиального слоя, измеренная по ИК интерференции всеми тремя описанными выше способами, превышает толщину, определенную по косому шлифу.. Фазовая коррекция при использовании ИК-метода улучшает соответствие между этими методами. Без нее различие в их показаниях - т 2 до 8%. При расширении спектрального диапазона в область длинных волн определение толщины по длинно-волновым экстремумам с учетом фазовой поправки соответствие методов ИК-интерференции и косого шлифа еще более улучшается. Плоскость d ₂ ближе всего расположена к металлургической границе эпитаксиального слоя, выявляемой по дефектам упаковки. Поэтому результаты измерения толщины по дефектам упаковки наилучшим образом коррелируют с данными измерений методом косого шлифа.

Систематические расхождения между значениями толщин, измеренных различными методами, зависят от степени размытости переходной области, которая в основном определяется технологией получения эпитаксиального слоя. С увеличением ширины переходной области увеличивается расхождение между результатами измерения толщины методами КШ и ДУ. Наилучшую воспроизводимость результатов измерений дают методы ИК-интерференции.

Как указывалось выше, наилучшее соответствие между результами измерений методом ИК интерференции и косого шлифа достигается тогда, когда при расчете толщины по интерферограмме используется фазовая коррекция. Так как фазовые сдвиги при отражении ИК излучения от поверхности эпитаксиальной структуры входят в основное уравнение эллипсометрии, то следует ожидать, что метод ИК-эллипсометрии будет коррелировать с методом косого шлифа в такой же мере, как и метод ИК интерференции с фазовой коррекцией. Однако такое соответствие возможно только при условии, что оба метода применяются в одном спектральном диапазоне.

Cравнение результатов измерений различными методами может служить одним из способов оценки толщины переходного слоя.

Можно обойтись и без эталонных образцов, если толщина окисла известна (например, из условий роста) с точностью не хуже чем 0.5 порядка: ±(750 А° – 1000 А°). На практике это требование обычно выполняется.

Кроме того, порядок цвета можно определить, если стравить часть двуокиси кремния в травителе на основе фтористоводородной кислоты, и визуально проанализировать клин травления слоя двуокиси кремния.

Дата добавления: 2014-01-07