Ответы на 1-5 КР у Чернозубова ФИТ Р-РС-61 / tpme_kr_5 / vopr_p1

1. Измерения толщины диэл-х слоев (метод цветовых оттенков Ньютона).

Наиболее прост в исполнении метод цветовых оттенков Ньютона, основанный на наблюдении интерференционных цветов в отраженном свете. Последние обусловлены двойным отражением и преломлением белого цвета, проходящего через прозрачный слой и отражающегося от непрозрачной пластины (подложки). При этом за счет разности хода лучей возникает интерференция и поэтому тонкие прозрачные слои кажутся в отраженном свете окрашенными. Цвет их зависит только от толщины и показателя преломления ∆=2n*x*sinα, где ∆ – разность хода лучей, n – показатель преломления слоя; α – угол отражения; x – толщина слоя. Так как цветовые оттенки повторяются, проходя весь спектр, для однозначного определения толщины необходимо знать порядок интерференции, т.е. какое по счету повторение цветов наблюдается. Для определения порядка интерференции на окисленную пластину осторожно наносят каплю плавиковой кислоты HF и при этом в диоксиде вытравливается лунка до поверхности пластины Si. По периферии этой лунки наблюдается ряд колец. Количество темных красно-фиолетовых колец и определяют порядок интерференции. Например, зеленый цвет оксида на четвертом кольце (полностью выявлено три кольца) соответствует толщине 0,72 мкм, а на втором кольце (полностью выявлено одно кольцо) - толщине 0,35 мкм. Этот простой, не требующий специального оборудования метод позволяет определить толщину, диоксида до 1 мкм с погрешностью 5-10 %. С увеличением толщины слоя погрешность возрастает.

2. Измерения толщины диэл-х слоев (микроинтерферометрия).

Сущность метода заключается в измерении высоты "ступеньки" после стравливания диоксида с части пластины. Для этого половину пластины закрывают кислотостойким лаком, высушивают в электропечи примерно 20 мин, а затем с незащищенной части пластины стравливают диоксид в плавиковой кислоте до появления поверхности полупроводниковой пластины. Для улучшения отражательной способности поверхности пластины 1 рекомендуется сверху напылить в вакууме алюминий 3, толщиной около 0,05 мкм (рис: 1-пластина;2-диоксид кремния SiO₂;3-алюминий). Пластину помещают на предметный столик микроинтерферометра МИИ-4 таким образом, чтобы ступенька попала в поле зрения и были видны серии интерференционных полос, которые претерпевают излом на ступеньке (рис2). Толщина пленки будет пропорциональна сдвигу интерференционных полос одного порядка: α=(∆x/x)(λ/2), где ∆x- сдвиг центральной полосы (в относительных единицах);х - расстояние между соседними интерференционными полосами (в относительных единицах); λ - длина волны середины видимого спектра (0,55 мкм); λ/2=0,275 мкм соответствует сдвигу полос на ступеньке, высота которой соответствует расстоянию между соседними интерференционными полосами (в белом свете). Таким образом, d=0,275∆x/x мкм. Погрешность измерения данным методом составляет примерно ± 0,03 мкм( ± 300 Ǻ).

3. Пористость диэлектрических слоев.

Для определения пористости SiO₂ используют электрохимический метод. На диоксидный слой 3 наносят каплю водного раствора (электролит 2). Между. пластиной 4 и платиновой иглой 1, введенной в каплю, создают разность потенциалов, причем пластина кремния является катодом (-) (рис: 1-электрод;2-электролит;3-диоксид кремния;4-пластина кремния). При этой полярности в местах кремниевой пластины, не защищенных диоксидиой пленкой, наблюдается выделение пузырьков водорода, по расположению которых на поверхности судят о количестве и распределении пор. Данным методом можно оценить общую площадь сквозных пор, а ташке получить информацию о наличии несквозных пор. Величина тока в цепи, в которую включен беспористый диоксид, скачкообразно изменяется от

нуля до максимума при некотором критическом напряжении U_кр, которое определяется электрической прочиостью диоксида и его толщиной. Если в диоксиде существуют несквозные поры, то пороговое напряжение пробоя снижается. При наличии сквазных дефектов с увеличением напряжения на ячейке ток плавно

возрастает, а его величина при данном напряжении пропорциональна общей площади пор.

4. Измерение электрических свойств SiO₂

Для измерения электрических свойств диоксидных слоев существуют самые разнообразные методы, в одном из них применяются электроды с охранным кольцом, подобные тем, которые используются для изменения сопротивления изоляторов (рис:1,2-круглый и кольцевой электроды;3-диоксид кремния;4-пластина кремния; нижний электрод). Испытуемый образец представляет собой окисленную пластину кремния 4, на поверхность которой наносятся концентрически расположенные круглый 1 и кольцевой 2 электроды из алюминия или какого-либо другого металла. Нижним контактом к диоксидному слою служит сам кремний. Сопротивление кремния включается последовательно с сопротивлением диоксида, но по сравнению с последним оно пренебрежимо мало. Если охранное кольцо находится при том же потенциале, что и внутренний электрод, это препятствует протеканию каких-либо поверхностных токов между этими электродами. Следовательно, весь ток, протекающий в цепи внутреннего электрода, проходит через объем образца и достигает нижнего электрода 5. Диэлектрическая постоянная рассчитывается по результатам измерения емкости и геометрий образца. При измерении диэлектрической прочности положительный потенциал подается на кремний, а отрицательный - на металлический электрод.