способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления
Классы МПК: | G01N23/20 с помощью дифракции, например для исследования структуры кристаллов; с помощью отраженного излучения H01L21/203 физическим осаждением или напылением, например вакуумным распылением или разбрызгиванием |
Автор(ы): | Кадушкин В.И., Фомичев С.И. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский технологический институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-02-19 публикация патента:
30.04.1994 |
Сущность: генератор 9 синхронно с вращением подложкодержателя 4 вырабатывает импульсы, отпирающие пушку 5 быстрых электронов, которая вырабатывает импульсы с периодом, равным периоду вращения подложки. Дифрагированный пучок электронов регистрируется детектором 6. Фильтр 10 выделяет из зарегистрированного детектором 6 дискретного сигнала низкочастотную составляющую, несущую информацию об изменении интенсивности дифрагированного с электронного пучка, по которому судят о скорости роста полупроводниковой пленки. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ определения скорости роста полупроводниковых пленок в процессе их наращивания на подложку, заключающийся в облучении поверхности роста пленки пучком быстрых электронов, детектировании отраженного от поверхности роста дифрагированного электронного пучка, измерении периода колебаний электрического сигнала на выходе детектирующего устройства и определении по измеренному периоду скорости роста пленки, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерения скорости роста пленки на вращающейся подложке и уменьшения неконтролируемого внедрения примесей в растущие слои в процессе измерений, облучение поверхности роста осуществляют импульсно с периодом, равным периоду вращения подложки, электрический сигнал на выходе детектира фильтруют, ограничивая его по ширине частотного спектра диапазоном![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011003/916.gif)
tи
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011055/8773.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-17t.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-18t.gif)
где d - ширина отраженного от поверхности роста электронного пучка в плоскости детектирования;
l - расстояние от центра подложки до плоскости детектирования;
vpmax - максимальная скорость роста пленки. 2. Устройство для определения скорости роста полупроводниковых пленок в процессе их наращивания на подложку, содержащее вакуумную камеру, в которой размещены молекулярные источники, снабженные заслонками, подложкодержатель, пушка быстрых электронов, подключенная к блоку управления, и детектор отраженного дифрагированного электронного пучка, подключенный к блоку регистрации, отличающееся тем, что оно снабжено синхронизатором, связанным с подложкодержателем, импульсным генератором, вход которого подключен к синхронизатору, а выход - к пушке быстрых электронов, и фильтром нижних частот, вход которого подключен к выходу детектора, а выход соединен с блоком регистрации.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии выращивания тонких пленок и может быть использовано в молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) для контроля скорости роста полупроводниковых пленок. Одной из ведущих тенденций современного этапа развития физики и техники полупроводников является все более широкое исследование и применение полупроводниковых пленочных структур со сверхтонкими составляющими слоями, изготавливаемыми методом МЛЭ, например, гетероструктуры, сверхрешетки. Дальнейший прогресс в технологии МЛЭ обусловлен возможностями воспроизводимого выращивания однородных по свойствам и толщине сверхтонких полупроводниковых слоев на подложках максимальной площади. Для воспроизводимого выращивания должен быть обеспечен оперативный контроль скорости роста пленки по всей площади подложки на уровне![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011003/8776.gif)
Цель изобретения - расширение области применения способа за счет обеспечения измерения скорости роста на вращающейся подложке и повышение качества выращиваемых структур за счет уменьшения неконтролируемого внедрения примесей в растущие слои в процессе измерений. Это достигается тем, что в способе измерения скорости роста полупроводниковых пленок, заключающемся в облучении поверхности роста пленки пучком быстрых электронов, детектировании отраженного от поверхности роста дифрагированного электронного пучка, измерении периода колебаний электрического сигнала, полученного в результате детектирования и определении по измеренному периоду скорости роста пленки, облучение поверхности роста пленки производят импульсно с периодом, равным периоду вращения подложки, в моменты времени, соответствующие попаданию пучка быстрых электронов на контролируемый участок поверхности роста вращающейся подложки, а электрический сигнал ограничивают по ширине частотного спектра диапазоном
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011003/916.gif)
tu
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011055/8773.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-2t.gif)
Fb = Vр макс , где d - ширина отраженного от поверхности роста электронного пучка в плоскости детектирования;
l - расстояние от центра подложки до плоскости детектирования;
Vр макс - максимальная скорость роста пленки. Устройство для реализации способа, содержащее вакуумную камеру с размещенными в ней молекулярными источниками, снабженными заслонками, подложкодержателем с подложкой, пушкой быстрых электронов, подключенной к блоку управления, и детектором отраженного дифрагированного электронного пучка, подключенным к блоку регистрации, снабжено импульсным генератором, вход которого подключен к синхронизатору, связанному с подложкодержателем, а выход - к пушке быстрых электронов, и фильтром нижних частот, входом подключенным к выходу детектора, а выходом соединенным с входом блока регистрации. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - зависимость от времени интенсивности Ie отраженного дифрагированного пучка; на фиг. 3 - изменение во времени напряжения сигнала Uс после фильтрации. Способ осуществляют следующим образом. Поверхность роста в заданном месте вращающейся подложки облучается пучком быстрых электронов в дискретные моменты времени, соответствующие выполнению условий Вульфа-Брэггов. Временная зависимость интенсивности Ie отраженного дифрагированного электронного пучка и соответствующего ему электрического сигнала после детектирования представляет в этом случае последовательность импульсов, низкочастотная составляющая спектра которых несет информацию о скорости роста аналогично случаю непрерывного облучения поверхности роста. Полученный в результате детектирования электрический сигнал в дискретной форме ограничивают по ширине частотного спектра, в результате чего он преобразуется в континуальную форму и аналогичен электрическому сигналу Uс при непрерывном облучении поверхности роста. Скорость роста определяют по формуле:
Vp=
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-3t.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-4t.gif)
f
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-5t.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011013/8805.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-6t.gif)
Величина Vр макс имеет физические ограничения, вытекающие из принципа МЛЭ, и определяется особенностями конструкции конкретной установки МЛЭ - диаметром подложки и расстоянием ее от молекулярных источников. Величина Vр. макс обычно не более ~ 1
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-7t.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011072/969.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011072/969.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011013/960.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-8t.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011055/8773.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-9t.gif)
Fв(щ)= Vp макс
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-10t.gif)
Vр макс= 1
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-11t.gif)
l = 250 мм. d = 1 мм. Находят:
Частота
импульсов
облучения f
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011013/8805.gif)
Выбирают f = 3 (с-1)
Число
оборотов
подложкодер-
жателя fвр = f = 3 (с-1)
Длительность
импульсов
облучения tu=
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-12t.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-13t.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011003/8776.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011004/183.gif)
Частота
среза фильтра
нижних частот Fb = Vр.макс. = 1 (Гц)
Минимальное
время роста од-
ного монослоя Tмин=
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-14t.gif)
Время действия импульса облучения занимает лишь малую часть времени наращивания одного монослоя
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011144/948.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011055/8773.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-15t.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011973/2011973-16t.gif)
![способ определения скорости роста полупроводниковых пленок и устройство для его осуществления, патент № 2011973](/images/patents/462/2011004/183.gif)
Поэтому влияние внедрения примесей из атмосферы остаточных газов вакуумной камеры МЛЭ на качество выращиваемого полупроводника в месте облучения уменьшается. Таким образом, предлагаемые способ и устройство измерения скорости роста эпитаксиальных пленок позволяют за счет импульсного облучения поверхности роста обеспечить измерение скорости роста на вращающейся подложке и уменьшить неконтролируемое внедрение примесей в растущие слои в процессе измерений, что в конечном итоге, обеспечивает повышение качества выращиваемых тонкопленочных эпитаксиальных структур.
Класс G01N23/20 с помощью дифракции, например для исследования структуры кристаллов; с помощью отраженного излучения
Класс H01L21/203 физическим осаждением или напылением, например вакуумным распылением или разбрызгиванием