Определение толщин эпитаксиальных слоев методом инфрокрасной интерференции

Размещено на http://www.allbest.ru/

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Приборостроительный факультет

Кафедра «Микро- и нанотехника»

Курсовая работа по дисциплине: «Контроль параметров материалов и компонентов электронной техники»

На тему: «Определение толщин эпитаксиальных слоев методом инфрокрасной интерференции»

Исполнитель: студент группы 113041118 Полтавцев К.А.

Руководитель: доцент, к.ф.-м.н. Сернов С.П.

Минск 2021



Содержание

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Эпитаксия

1.2 Методы определение эпитаксиальных слоев

1.3 Интерференционные методы

1.3.1 Фурье-спектрометрия

1.3.2 Ультразвуковой интерферометр

1.3.3 Интерферометр Жамена

1.4 Выбор спектрального диапазона и требования к параметрам подложки

1.5 Диапазон измеряемых значений толщины эпитаксиального слоя

Заключение

Список использованной литературы



Введение

В оптической микроскопии для визуализации и измерений фазовых объектов используются интерференционные методы, которые имеют высокие осевое разрешение, точность измерений и чувствительность, по сравнению с обычной микроскопией, и достаточно широкие функциональные возможности в технологических и биомедицинских приложениях Эти методы и средства их реализации, объединенные в единую область - интерференционную микроскопию, занимают важное место в решении задач контроля микроструктуры отражающих и прозрачных объектов в технике и биомедицине. При наблюдении и анализе фазовых объектов с применением обычной микроскопии возникают трудности их визуализации ввиду низкого контраста объект - фон.

Кроме этого, осевое разрешение обычных микроскопов, ограничиваемое числовой апертурой объектива оказывается недостаточным для анализа объектов с толщиной в микронном и субмикронном диапазонах. К интерференционным методам микроскопии относятся: интерференционная микроскопия с использованием низкокогерентных и лазерных источников света, голографическая аналоговая и цифровая микроcкопия, полнопольная когерентная томография, дифракционная фазовая микроскопия, интерференционная конфокальная микроскопия. Отличительной стороной этих методов служит регистрация, анализ и обработка интерференционных картин, изображений и сигналов. Методы интерференционной микроскопии основаны на когерентном сложении поля изображения объекта с когерентной ему опорной волной. В результате такого сложения формируется интерференционное изображение, параметры которого зависят от микроструктуры исследуемого объекта, частотного спектра и временной когерентности, углового спектра и пространственной когерентности освещающего объект поля. Интерференционные изображения возникают и в обычной микроскопии в отсутствие специально сформированного опорного пучка света. Такие эффекты интерференции обусловлены когерентным характером формирования изображений, когда микроскопом разрешается область пространственной когерентности освещающего волнового поля, и в том случае, когда объект имеет тонкую слоистую структуру, оптическая толщина которой не превышает половины длины продольной когерентности освещающего объект поля - когда отраженные границами слоев волны оказываются взаимно когерентными.



1. Обзор литературы

1.1 Эпитаксия

Эпитаксия -- это ориентированное нарастание одного кристалла на другой. Термин происходит от греческих слов ерй -- на и фбойу -- упорядоченность. Закономерность нарастания состоит в совпадении определенных, обычно кристаллографически простых, плоскостей и направлений нарастающего кристалла и кристалла-подложки. Различают автоэпитаксию, когда растущий кристалл и подложка имеют одинаковый химический состав и структуру, и гетероэпитаксию, когда они разные. Эпитаксия чаще всего имеет место при сравнительно небольших (?10%) различиях параметров решеток. Однако ориентированное нарастание происходит и при разнице параметров, составляющих десятки процентов. При большом несоответствии параметров решетки всегда сохраняется, однако, соответствие плотноупакованных плоскостей и направлений в них.

В основу современной классификации различных механизмов гетерогенного образования зародышей и эпитаксии положена величина ?б - изменение поверхностной энергии системы. Чем прочнее адгезия кристалла на подложке, тем меньше ?б , тем меньше работа образования зародышей дЦ_С и тем меньшее отклонение от равновесия химического потенциала ?µ требуется для его появления. Величину ?б можно выражать через энергию связей:

(1.1)

где е_s - энергия адсорбции, б_s - свободная энергия адгезии, е₁ - энергия связи между ближайшими соседями в кристалле. Разность е₁ - е_s в атомистической теории определяет все главные характеристики процесса зарождения.

В зависимости от ?б различают три основных механизма гетероэпитаксиального выращивания, которые показаны на рисуноке 1.1

Механизм Франка -- ван-дер-Мерве характерен для пар конденсат-- подложка, отличающихся столь прочной адгезией, что энергия связи кристалл -- подложка больше энергии связи между атомами кристалла, е_s > е₁. В этом случае полного смачивания ?б < 0 образование одного или нескольких слоев конденсата на подложке термодинамически выгодно, даже если пар недосыщен, точнее, при условии -

? ?б / a ? е₁ - е_s < ?µ < 0 (1.2)

где ? - объем, приходящийся на один атом в кристалле. Работа дЦ_С образования зародышей на подложке невелика.

При нарастании по Франку -- ван-дер-Мерве межатомные расстояния a в атомных сетках конденсата и подложки, параллельных границе раздела, оказываются в точности одинаковыми. Другими словами, пленка конденсата либо растянута, либо сжата в плоскости подложки. Соответственно в направлении, перпендикулярном этой плоскости, пленка будет сжата или растянута, причем эта деформация определяется в первом приближении уравнениями теории упругости и величиной коэффициента Пуассона. Если отвлечься от этой последней деформации, то можно сказать, что атомы конденсата укладываются в решетку подложки, надстраивая ее и образуя псевдоморфный слой.

Механизм Фольмера -- Вебера - характерный для слабой адгезии кристалла на подложке. В этом случае работа образования зародыша на подложке больше, чем при других механизмах роста, и может приближаться к работе гомогенного зарождения при нулевой адгезии (б_s << 2б), когда ?б ? 2б. Соответственно роль неоднородностей, снижающих барьер зарождения, для механизма Фольмера-Вебера наибольшая. Слабая адгезия ведет также к менее выраженной связи ориентации кристалла-конденсата с подложкой, что проявляется в образовании для одной и той же пары кристалл -- подложка нескольких эпитаксиальных соотношений, реализующихся в разных условиях осаждения, а также одновременно[1].

Рисунок 1.1 - Механизмы эпитаксии и их характеристики

1.2 Методы определение эпитаксиальных слоев

Существует 2 типа определение эпитаксиальных слоев: метод окрашенных шлифов и оптический метод.

Долгое время основными методами измерения толщины слоев являлись методы окрашенных шлифов. В этих методах для измерения глубины расположения перехода используются те или иные способы химического окрашивания или осаждения металлов, действующие на область одного типа проводимости и не оказывающие воздействия на область другого типа проводимости.

Метод окрашенных шлифов делится на:

1.Метод косого шлифа

2.Метод сферического шлифа

3.Метод Толанского

Метод окрашеных 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.

Оптические методы исследования и измерения толщины нанопленок и слоев кремниевых структур являются самыми распространенными на сегодняшний день. Главным преимуществом перед методами окрашенных шлифов является то, что оптические методы неразрушающие. Однако оборудование для данных методов является очень дорогостоящим.

Оптический метод делиться на:

1.Элипсометри -- метод измерения, основанный на анализе изменения состояния поляризации монохроматического поляризованного света, отраженного от исследуемого объекта при наклонном падении светового луча.

На исследуемый образец падает плоско поляризованная волна, которая после отражения становится в общем случае эллиптически поляризованной. Параметры эллипса поляризации, т.е. ориентация его осей и эксцентриситет, определяются оптическими свойствами отражающей структуры и углом падения света.

2.Цветовой метод Для определения толщины пленки окисла можно использовать интерференционные цвета, возникающие при отражении белого света у границы раздела окисел - воздух. Окраска создастся равномерным белым светом за вычетом той его части, которая участвует в гасящей интерференции.

3 Интерференционные методы

Интерференционный метод - неразрушающий и имеет высокую точность. Однако он 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 0.01 Ом·см. Точность метода значительно снижается, если граница между эпитаксиальным слоем и подложкой недостаточно резка.

Интерференционный метод перспективен для производственного контроля пленок, изготовляемых на стандартных низкоомных подложках, имеющих гладкую поверхность и хорошую однородность по толщине[2].

1.3 Интерференционные методы

1.3.1 Фурье-спектрометрия

Фурье-спектрометрия является одним их методов оптической спектрометрии и отличается от классического метода отсутствием диспергирующего элемента. Получение спектра происходит в два этапа: сначала регистрируется интерферограмма исследуемого излучения, затем путем ее Фурье-преобразования вычисляется спектр.

В настоящее время благодаря значительным преимуществам Фурье-спектрометрия является наиболее широко применяемым методом.

Фурье-спектрометр отличается от других спектрометров возможностью одновременной регистрации всего исследуемого спектра. В Фурье-спектрометре изменение разности хода интерферирующих пучков приводит к модуляции интенсивности монохроматических составляющих излучения, причем частота модуляции однозначно определяется длиной волны. Возникающий при этом на приемке сигнал представляет собой Фурье-преобразование от функции распределения энергии по частотам, т.е. от спектра исследуемого излучения[3].

Для получения обычного спектра необходимо произвести обратное Фурье-преобразование, которое выполняется на ЭВМ.

В состав Фурье-спектрометра, как правило, входят: двухлучевой интерферометр, осветитель, приемник излучения, система отсчета разности хода, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и ЭВМ. Схема изображена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Оптическая схема Фурье-спектрометра

При определенных условиях отражение света от эпитаксиальной структуры сопровождается интерференционным эффектом, который может быть использован для измерения толщины эпитаксиального слоя. Для возникновения интерференции необходимо, чтобы падающее излучение отражалось не только от поверхности эпитаксиального слоя, но и от его границы с подложкой. Это означает, что эпитаксиальный слой должен быть прозрачным в используемом интервале длин волн и оптические постоянные эпитаксиального слоя в этом спектральном диапазоне должны отличаться от оптических постоянных подложки. Все эти условия выполняются для эпитаксиальных структур, в которых эпитаксиальный слой содержит малую концентрацию свободных носителей, а подложка сильно легирована. В этом случае используется выражение для коэффициента отражения R от двухслойной структуры:

(1.3)

где r₁²-- коэффициент отражения света от поверхности эпитаксиального слоя; r₂² -- коэффициент отражения света от границы эпитаксиальный слой -- подложка; д -- сдвиг фаз интерферирующих лучей из-за их оптической разности хода; ?₁ -- сдвиг фазы при отражении луча от поверхности эпитаксиального слоя; ?₂ -- сдвиг фазы при отражении луча от границы раздела эпитаксиальный слой -- подложка. При нормальном падении луча

(1.4)

(1.5)

(1.6)

Здесь n₁ -- показатель преломления эпитаксиального слоя; n₂ -- показатель преломления подложки; k₂ -- коэффициент экстинкции подложки, k = бл/4р (где б -- коэффициент поглощения); л--длина волны в вакууме; d -- толщина эпитаксиального слоя. Показатель преломления сильнолегированных полупроводников зависит от длины волны падающего излучения за счет поглощения на свободных носителях заряда. Чем выше концентрация носителей, тем сильнее проявляется эта зависимость.

При N < 2*10¹⁸ см^-3 , что соответствует с > 0, 02 Ом*см для кремния n-типа, в диапазоне л= 2-25 мкм, который наиболее часто используется для измерения толщины эпитаксиального слоя, показатель преломления кремния очень слабо зависит от длины волны излучения. что изображено на рисунке 1.3. При более высоком уровне легирования, когда N > 2*10¹⁸ см^-3, показатель преломления 1 уменьшается с ростом длины волны по отношению к нелегированному кремнию, достигает минимума и затем резко возрастает в длинноволновой области спектра. Положение минимума показателя преломления зависит от концентрации носителей и с увеличением N сдвигается в коротковолновую область. Для N > 5*10¹⁸ см^-33 , что соответствует с < 0.01 Ом*см для n-типа кремния, минимум располагается в диапазоне л<25 мкм

Рисунок 1.3 - Спектральная зависимость показателя преломления кремния с различной концентрацией свободных носителей

Что касается коэффициента экстинкции k₂, то его значение монотонно растет с увеличением длины волны. В соответствии с ходом спектральных зависимостей показателя преломления n₂(л) и коэффициента экстинкции k₂(л) коэффициент отражения для эпитаксиальной структуры в функции от длины волны света будет представлять собой осциллирующую кривую из чередующихся экстремумов правильной симметричной формы, огибающая которых со стороны интерференционных минимумов имеет характерный вид, показанный на рисунке 1.4. Размах экстремумов интерференции возрастает с увеличением длины волны, и при определенной л_min, зависящей от концентрации носителей в подложке, на огибающей появляется минимум R_min, обусловленный наличием минимума в спектральной зависимости n₂(л).

Рисунок 1.4 - Спектральная зависимость коэффициента отражения эпитаксиальной структуры кремния при N = 1.2*10²⁰см^-3 в подложке и толщине эпитаксиального слоя 60 мкм.

Формула для расчета толщины эпитаксиального слоя по наблюдаемым положениям интерференционных экстремумов может быть получена при рассмортении рисунка 1.5, где изображена схема отражения лучей света от эпитаксиальной структуры.

Рисунок 1.5 - Схема отражения луча света от эпитаксиальной структуры с сильнолегированной подложкой

Луч света I₀ надает на поверхность слоя в точке А под углом и к нормали. Часть падающего пучка света отражается от поверхности, образуя отраженный луч I₁, а оставшаяся доля излучения 2 проникает в эпитаксиальный слой и, распространяясь под углом преломления и ' , достигает подложки в точке В. После отражения от подложки прошедший луч света преломляется в точке В на поверхности эпитаксиального слоя и распространяется далее параллельно лучу I₁. Для упрощения анализа здесь не рассматривается эффект многократного внутреннего отражения. Если длина волны падающего излучения меняется, то в результате сложения колебаний I₁ и I₂ будут наблюдаться максимумы и минимумы интенсивности отраженного света, соответствующего тем длинам волн, для которых разность фаз между лучами I₁ и I₂ равна целому числу полуволн. Результирующая разность фаз определится фазовыми сдвигами, которые испытывают лучи света при отражении от эпитаксиальной структуры и оптической разностью хода между лучами I₁ и I₂. В точке А отраженный луч I₁ изменит свою фазу на ?1, тогда как прошедший луч будет находиться в фазе с падающим лучом. При отражении от оптически более плотной непоглощающей среды, какой является эпитаксиальный слой, сдвиг фаз ?₁ = р. В точке В отраженный луч также испытывает сдвиг фазы, но на ?₂, которая зависит от оптических постоянных n₂ и k₂ подложки на ее границе с эпитаксиальный слоем. Так как показатель преломления n₂ и коэффициент экстинкции k₂ зависят от длины волны, ?₂ будет функцией длины волны. В точке C преломленный луч I₂ находится в фазе с лучом, отраженным от точки В. Таким образом, как следует из рисунка 1.4, разность фаз между интерферирующими лучами I₁ и I₂ выходящими из точек D и C , равна

? = 2р(AB + BC)n₁/л - 2рAD/л + р - ?₂,

где первые два члена определяют оптическую разность хода. Очевидно, что

AB + DC = 2d/cosи'

и

AD = 2dtanи'sinи.

Используя закон отражения sin и = n1 sin и, получаем окончательно

(1.7)

При анализе интерференционной картины для определения толщины слоя необходимо сначала установить порядок наблюдаемых минимумов и максимумов. Порядок Р находится соотношением ? = 2рP. Отсюда порядок экстремума на длине волны лn:

(1.8)

Чтобы исключить неизвестную толщину d, определяют положение другого экстремума, расположенного при длине волны лn+m < лn:

(1.9)

где m = 1/2, 1, 3/2 и т.д. При этом разность порядков m есть целое число, если рассматриваются два максимума, и полуцелое, если рассматриваются минимум и максимум. Решая уравнения для Рn, получаем

(1.10)

Определив по положению двух экстремумов порядок одного из них, можно затем вычислить толщину эпитаксиального слоя:

(1.11)

Аналогично рассчитывается толщина по спектральному положению остальных экстремумов. Из полученных значений толщины d1вычисляется среднее значение Їd. Для расчета толщины эпитаксиального слоя можно при менять и другой способ обработки интерферограммы. Не вычисляя предварительно порядок Р каждого интерференционного экстремума, определяют толщину по величине разности порядков двух произвольно выбранных экстремумов. При контроле толщины эпитаксиальных слоев в произродственных условиях, когда требования к производительности процесса измерений приобретают особое значение, используют более упрощенный способ расчета толщины эпитаксиального слоя по интерференционному спектру. При этом пренебрегают зависимостью фазовой поправки от длины волны и выражение для определения толщины записывают в виде:

(1.12)

принимая во внимание, что при этом допускается определенная систематическая погрешность измерений.



1.3.2 Ультразвуковой интерферометр

Ультразвуковой интерферометр - прибор для измерения фазовой скорости и коэффициента поглощения, принцип действия которого основан на интерференции акустических волн. Типичный Ультразвуковой интерферометр изображен на рисунке 1.6 и представляет 1 - акустическая камера; 2 - пьезопреобразователь; 3 - генератор высокочастотного напряжения ; 4 - схема регистрации; 5 - рефлектор; 6 - отсчётный механизм.

Рисунок 1.6 - Блок-схема ультразвукового интерферометра

1.3.3 Интерферометр Жамена

Интерферометр Жамена, наряду с интерферометром Рэлея, представляет собой одно из наиболее чувствительных к разности фазовых набегов волн интерференционных устройств, что позволяет использовать его для точного определения показателей преломления газов при давлении, близком к атмосферному (при этом давлении соответствующий показатель преломления отличается от единицы в четвертом-пятом знаке после запятой).

Схематическое изображение конструкции интерферометра Жамена представлено на рисунке 1.7

Рисунок 1.7- Схематическое изображение конструкции интерферометра Жамена

Параллельный пучок света падает на плоскопараллельную стеклянную пластину М1, на заднюю поверхность которой нанесено металлическое зеркало. Два отраженных пучка оказываются при достаточной толщине пластины пространственно разделенными, и направляются порознь в две кюветы с исследуемым газом и газом сравнения соответственно. Прошедшие пучки отражаются от еще одной такой же стеклянной пластины М₂. Таким образом, оба отраженных пучка оказываются равными по интенсивности, и сводятся в фокальной плоскости линзы L. В результате возникает интерференционная картина из горизонтальных полос, как показано на рисунке. При этом в отсутствии по ходу распространения пучков между линзами дополнительных объектов с показателями преломления n1 (кювета с исследуемым газом) и n₂ (компенсатор фазового набега с известным управляемым набегом фазы оптического излучения в нем), нулевой максимум интерференционной картины лежит на оси системы. Нулевой максимум - это максимум, соответствующий нулевой разности хода D волн, образующих интерференционную картину. При использовании широкополосного излучения (например, естественного света) он легко отличим от максимумов высших порядков m:

(1.13)

где l0 - центральная длина волны спектра излучения.

Действительно, легко понять, что он единственный имеет исходную белую окраску, тогда как максимумы высших порядков “растянуты в спектр” из-за того, что условия максимума достигаются при разных смещениях от центра картины для разных длин волн спектра пучка.

Если теперь внести в два распространяющихся в межлинзовом пространстве пучка (т.н. плечи интерферометра) кювету длины L с исследуемым газом n₁, и управляемую оптическую задержку n2 (например, такую же кювету с газом, зависимость показателя преломления которого от давления известна), то пучки получат дополнительную разность хода:

(1.14)

Тем самым нулевая полоса интерференционной картины сместится, и центр поля приобретет окраску.

Чтобы вернуть обратно, необходимо уравнять показатели преломления исследуемого газа и эталонного в двух кюветах, что достигается вариацией давления последнего. В итоге, восстановив центральность нулевой “белой” полосы (а это можно сделать с большой точностью, порядка 1/40 полосы, DmЈ1/40), мы получаем точные сведения о показателе преломления исследуемого газа. Реальные инструменты, выполненные по схеме интерферометра Рэлея, позволяют измерять отличия показателя преломления от единицы: эпитаксия спектрометрия кремний

(1.15)

1.4 Выбор спектрального диапазона и требования к параметрам подложки

Спектральный диапазон ИК спектрофотометров, обычно используемых для измерений толщины эпитаксиальных слоев, лежит в интервале 2. . . 50 мкм. Для получения интенсивной интерференции в этом интервале длин волн рекомендуется при измерениях толщины эпитаксиальных слоев кремния использовать подложку с удельным сопротивлением, не превышающим 0.02

В настоящее время широко применяются в микроэлектронике эпитаксиальные структуры со скрытым диффузионным слоем. При изготовлении таких структур на поверхности слаболегированных подложек перед эпитаксиальный наращиванием создается тонкий диффузионный слой. Как и в эпитаксиальных структурах с сильнолегированной подложкой, отражение света и интенсивная интерференция будут наблюдаться, если удельное сопротивление скрытого диффузнойного слоя, усредненное по его толщине и определяемое как произведение сЇ = R?d, удовлетворяет критерию R?d < 0.02

Однако для структур со скрытым слоем одного этого условия недостаточно, чтобы получаемый спектр отражения можно было интерпретировать на основе однослойной модели интерференции и использовать для определения толщины эпитаксиального слоя рассмотренный алгоритм вычислительных операций. Если толщина скрытого диффузионного слоя недостаточно велика, он становится прозрачным для падающего излучения и отражение света происходит как от границы эпитаксиальный слой -- скрытый слой, так и от границы скрытый слой -- подложка. Интерференционная картина приобретает сложный характер, так как включает в себя информацию не только о толщине эпитаксиального, но и скрытого слоя. На рисунке 1.7 изображена интерферограмма

Рисунок 1.8 - Интерферограмма от эпитаксиальной структуры со скрытым

На рисунке 1.8 приведена теоретически рассчитанная интерферограмма для двухслойной структуры, в которой эпитаксиальный и скрытый слой даны в виде ступенчатых функций распределения концентрации примесей. Как видно из рисунка, в интервале коротких длин волн, когда коэффициент экстинкции достаточно мал и прозрачность диффузионного слоя велика, результирующий спектр отражения представляет собой взаимное наложение интерференционных картин, возникающих в результате отражения света от двух границ скрытого слоя. Форма интерференционного спектра зависит от соотношения толщин скрытого и эпитаксиального слоев, и обработка такой интерферограмы не дает истинной толщины эпитаксиального слоя. С увеличением длины волны прозрачность скрытого слоя уменьшается и спектр отражения приобретает форму, соответствующую однослойной модели интерференции. В этом случае спектральное положение интерференционных экстремумов характеризует толщину эпитаксиального слоя. Таким образом, при проведении измерений на структурах со скрытым слоем необходимо использовать длинноволновый участок спектра. Граница этого спектрального диапазона со стороны коротких длин волн определяется толщиной и уровнем легирования диффузионного слоя. Для толщины эпитаксиального слоя d> 2 мкм, что на практике соответствует нижнему пределу диапазона толщин, измеряемых методов ИК интерференции, коротковолновая граница рабочего спектрального диапазона не должна опускаться ниже 14 мкм, если скрытый слой имеет минимальную толщину 3 мкм при уровне легирования 5 · (с=0.01 для кремния n-типа). С увеличением уровня легирования и толщины скрытого слоя рабочий спектральный диапазон может быть расширен в сторону коротких длин волн.

1.5 Диапазон измеряемых значений толщины эпитаксиального слоя

Максимальное значение измеряемой толщины эпитаксиального слоя определяется длиной хода подвижного зеркала. Перемещение зеркала должно быть таким, чтобы вводимая им разность хода ?M в плечах интерферометра компенсировала разность фаз ?, возникающую в результате отражения света от эпитаксиальной структуры. Только при выполнении условия ? = ?M в интерферограмме появляются боковые серии пиков. Современные интерферометры дают возможность измерять максимальную толщину эпитаксиального слоя, равную 100 мкм. Нижний предел измеряемой толщины ограничивается эффектом взаимного перекрытия центральной и боковых серий интерферограммы. С уменьшением толщины боковые пики сближаются и перекрываются с центральной серией экстремумов. В этом случае ин-терферограмма искажается настолько, что определение толщины становится невозможным. Перекрытие центральных и боковых экстремумов происходит при толщинах, меньших 8 мкм. Чтобы снизить нижний предел измеряемых толщин, вычитают (с помощью ЭВМ) из интерферограмм центральную серию пиков. Как следует из уравнений, центральная серия пиков является результатом интерференции лучей, отраженных как от поверхности эпитаксиального слоя, так и от его границы с подложкой. Амплитуда и спектральное положение центральных экстремумов зависят от оптических постоянных эпитаксиального слоя и подложки. Поэтому функцию Iц(x) центрального участка интерферограммы можно аппроксимировать линейной комбинацией спектров отражения высокоомного монокристаллического образца исследуемого материала и центральных серий пиков интерферограмм для эпитаксиальных структур с толстым (более 10 мкм, чтобы исключить эффект перекрытия) эпитаксиальным слоем и различным удельным сопротивлением подложки. Коэффициенты этой линейной комбинации подбираются так, чтобы после ее вычитания из ин-терферограммы измеряемого образца центральный главный максимум при x=0 был равен нулю. Остаточные максимумы в центральном участке интерферограммы после такого вычитания становятся очень малыми по сравнению с боковыми пиками. Операция вычитания проводится ЭВМ по специальной программе. После вычитания центральной серии пиков положение боковых главных максимумов может быть определено для толщины эпитаксиального слоя 2 мкм и менее. В различных источниках указывается минимальное значение измеряемого значения толщины 0,6 мкм. Дальнейшее снижение нижнего предела измеряемых толщин ограничивается резким уменьшением интерференционного эффекта вследствие малого фазового сдвига ? для очень тонких эпитаксиальных слоев.



Заключение

Интерференционный цвет изображения слоя определяется его оптической толщиной. Это дает возможность использовать разработанный алгоритм компьютерного формирования интерференционного изображения слоя для определения оптической толщины тонких слоев по цвету их интерференционного изображения. Метод определения оптической толщины основан на количественном сравнении цвета интерференционного изображения, наблюдаемого в микроскопе, с цветом интерференционного изображения, получаемого расчетным путем для модельного объекта с задаваемой оптической толщиной и оптическими свойствами. Для этой цели удобно использовать модель оптического клина - тонкого слоя с меняющейся по известному закону оптической толщиной. В этом случае воспроизводится набор интерференционных цветов в определённом диапазоне оптических толщин, ограничиваемом длиной когерентности и шириной спектра используемого света. Обработка экспериментального изображения позволяет определить численные значения цвета в контролируемой области изображения. Для определения оптической толщины объекта интерференционный цвет в данной области сравнивается с моделируемой линейкой интерференционных цветов. По известной зависимости цвета от толщины определяется значение искомой оптической толщины объекта. Метод определения оптических толщин слоев по цветам их интерференционных изображений может быть использован в технике и в биомедицинских приложениях. Цвет интерференционного изображения слоя также зависит от спектрального состава излучения источника, спектральных свойств оптических элементов микроскопа, отражения света границами слоя и его пропускания, от величины фазовых сдвигов волн при отражении от границ слоя, от спектральных свойств матричного фотодетектора, используемого для цифровой записи изображения. Влияние всех этих факторов заложено в теоретическую модель формирования цветного интерференционного изображения и может быть учтено при компьютерном формировании изображения.



Список использованной литературы

1. Выращивание эпитаксиальных слоев арсенида галлия методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений. р?ежим доступа: http://www.lib.unn.ru/students/src/lab_gaas.pdf (дата обр?ащен?ия: 01.11.2020).

2. Инфракрасная интерферометрия [Электр?он?н?ый р?есур?с]. Р?ежим доступа: https://studopedia.su/9_84390_infrakrasnayainterferometriya.html (дата обр?ащен?ия: (01.05.2021).

3. Определение толщины эпитаксиальных слое и запрещенной зоны полупроводников методом ИК Фурье-спектрометрии: учеб.-метод. пособие/ А.А. Величко, Б.Б Кольцов. -Новосибирск: Изо-во НГТУ, 2012 -28 с.

4. Измерение толщины эпитаксиальных слоев и геометрических параметров полупроводниковых пластин иструктур [Электр?он?н?ый р?есур?с]. Р?ежим доступа: https://docplayer.ru/73186557-Lekciya-9-izmerenie-tolshchiny-epitaksialnyh-sloev-i-geometricheskih-parametrov-poluprovodnikovyh-plastin-i-struktur.html (дата обр?ащен?ия: 20.04.2021).

5. Исследование дефектов в многослойных эпитаксиальных силовых приборах на основе кремния методами рентгеновской топографии [Электр?он?н?ый р?есур?с]. Р?ежим доступа: https://met.misis.ru/jour/article/viewFile/30/26 (дата обр?ащен?ия: 01.11.2020).

Размещено на Allbest.ru

...