7. Контроль толшины пленок SiO2.

Одной из важнейших характеристик полученных пленок SiO₂ явля­ется их толщина (d). Определить толщину слоя SiO₂ можно методом лазерной эллипсометрии, с помощью интерферометра, например, МИИ-4, а также визуальным способом. Последний наиболее часто применяется на практике. Толщину слоев SiO₂ определяют с помощью специальных таблиц, приведенных в приложении 1.

Визуальный (цветовой) метод контроля толщины пленок основан на свойстве тонких прозрачных объектов, нанесенных на отражающую подложку, изменять свой цвет в зависимости от толщины. В основе этого свойства лежит интерференция световых лучей, отраженных от границы раздела окружающая среда-пленка и пленка-подложка. Данный метод нашел широкое применение в микроэлектронике благодаря простоте и оперативности контроля. Контроль проводится на воздухе (n_i=1) после изъятия кремниевых пластин из технологической камеры при воспроизводимых условиях освещения и наблюдения. Оценим точ­ность, достижимую с помощью цветового метода измерения.

Рассмотрим наиболее типичный случай: однослойная пленка на отражающей подложке. Пусть угол освещения _i .меньше угла Брюстера. Тогда значение р (число полуволн /2 зондирующего излучения, ук­ладывающихся на оптической толщине пленки) можно рассчитать по формуле : р = 2h(n₂² – sin² _i) /. Данное выражение существенно упростится, если предположить. что падение света на пленку нормаль­ное: р=2hn₂ /, где р =1,2,3.... .Если в пределах одного и того же порядка интерференции пленка изменит свою толщину на h, то длина волны  , соответствующая максимуму отражения сместится на  ,т.е: p(+ ) = 2 n₂ (h+ h). Отсюда: / =h/h.

Тогда, для зеленого света (=550 нм) получим h/h =0,054. Т.е. визуальный цветовой метод контроля толщины может иметь относите­льное разрешение по толщине порядка 5 %.

Для того чтобы по цвету найти толщину пленки, необходимо знать порядок интерференции р.

7. Контрольные вопросы

1. Для чего в микроэлектронике используется окисел кремния.

2. В чем сущность модели Дила-Гроува.

3. В чем физический смысл линейной и параболической констант окисления.

4. Какие методы контроля толщины диэлектрических слоев Вам известны и в чем их сущность.

8. Задание

1. Провести химическую очистку кремниевой подложки.

2. Выбрать условия окисления (T,t) для получения заданной преподавателем толщины оксида.

3. Провести термическое окисление кремния.

4. Определить толщину выращенного оксида по цветовым таблицам, приведенным в приложении.

Приложение

Таблица 2 .Зависимость цвета термически выращенной пленки двуокиси кремния от ее толщины.

Порядок интерференции, p	Толщина окисла , мкм	Цвет пленки
1 1 1 1 1 1	0,05 0,07 0,10 0,12 0,15 0,17	Бежевый Коричневый Темно-фиолетовый Голубой Светло-голубой Металлический
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2	0,20 0,22 0,25 0,27 0,30 0,31 0,32 0,34 0,35 0,36	Cветло-золотистый Золотистый Оранжевый Красно-фиолетовый Фиолетово-голубой Голубой Зелено-голубой Светло-зеленый Зеленый Темно-зеленый
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3	0,37 0,39 0,41 0,42 0,44 0,46 0,47 0,48 0,49 0,50 0,52 0,54 0,56 0,57 0,58	Зеленовато-желтый Желтый Светло-оранжевый Телесно-розовый Фиолетово-красный Красно-фиолетовый Фиолетовый Голубовато-фиолетовый Голубой Голубовато-зеленый Зеленый Темновато-зеленый Зеленовато-желтый Желтый Светло-оранжевый
4 4 4 4 4 4 4 4	0,60 0,63 0,68 0,72 0,77 0,80 0,83 0,85	Телесно-розовый Фиолетово-красный Голубоватый Голубовато-зеленый Желтоватый Оранжевый Желтовато-розовый Светло-красновато-фиолетовый