Низкотемпературный криостат с автоматическим устройством смены образцов на 6 позиций Спектры поглощения кремниевой подложки (CZ) при комнатной температуре Поглощение мелких примесей в дальней ИК области кремниевого образца толщиной 4 мм при Т=5К Измерение
ВведениеУльтратонкие слои на кремниевых подложках имеют важное значение для техники и исследований. Например, кристаллические кремниевые фотогальванические элементы часто покрывают слоями SiN для пассивирования и просветления. Кроме того, изделия на основе кремния, такие как интегральные схемы, часто покрывают сверхтонкими защитными слоями. Особый интерес представляет разработка диэлектрических слоев со сверхнизкой диэлектрической константой. И наконец, наблюдается высокая активность в области теоретических исследований ультратонких слоев на кремниевой подложке, таких как самоорганизующиеся монослои. ИК-Фурье-спектроскопияПроблематика В приведенных выше примерах толщина слоя, как правило, находится в диапазоне от нанометра (или даже меньше) до нескольких нанометров. Как известно, Фурье-ИК-спектроскопия является ценным инструментом для анализа таких слоев, но из-за малой толщины традиционные подходы недостаточно чувствительны, что влечет за собой и другие недостатки (см. рис. 1).
Пропускание (ультратонкий слой):
Отражение:
НПО с однократным отражением:
НПО с многократным отражением:
Рис. 1: Недостатки традиционных методов Фурье-ИК-спектроскопии при анализе сверхтонких слоев на кремниевой подложке Требования к образцу и измерениямИз-за требований к производительности и стабильности кремниевая подложка должна быть монокристаллической с двухсторонней полировкой и иметь толщину не менее ~ 400-500 мкм. Для фонового измерения требуется (желательно) чистая монокристаллическая подложка (например, из кремния зонной плавки) такой же толщины и с такими же свойствами поверхности, что и исследуемый образец. Из-за неизбежно небольшого размера пятна (~ 1,5 мм), рекомендуется использовать охлаждаемый жидким азотом приемник из ртутно-кадмиевого теллурида или антимонида индия. Результаты спектроскопии НПО на кремниевой подложке
Рис. 4: Плазменный слой SiN толщиной 13 нм, исследованный методом спектроскопии пропускания, спектроскопии НПО на подложке из германия и на кремниевой подложке. Нормализованное поглощение NH подчеркивает преимущества спектроскопии НПО на кремниевой подложке. |
Прибор для спектроскопии НПО на кремниевой подложке
Рис. 2: (а) Принцип действия спектроскопии НПО на кремниевой подложке (b) Прибор для спектроскопии НПО на кремниевой подложке, передние грани двойной призмы Si (с) Прибор для спектроскопии НПО на кремниевой подложке, маховичок для загрузки образца В сотрудничестве с CEA/Leti (Гренобль, Франция) был разработан прибор для спектроскопии НПО на кремниевой подложке по методу MIRS (спектроскопия с многократным внутренним отражением [1]). ИК излучение направляется в подложку двойной призмой Si, тогда как сама исследуемая область не подвергается механическому давлению (рис. 2(а), 2(b)). Помимо оптического пропускания, также повышено удобство работы с прибором спектроскопии НПО на кремниевой подложке: образцы загружаются с помощью удобного маховичка без необходимости использования каких-либо инструментов (рис. 2(с)). Из-за большого числа внутренних отражений поглощение сверхтонкого слоя многократно усиливается (рис. 3, верх). В доступном диапазоне спектра, определяемом фононным поглощением Si (рис. 3, низ), анализ сверхтонкого слоя может быть выполнен с высокой чувствительностью.
Рис. 3, верх: Число внутренних отражений в односторонней подложке с покрытием в зависимости от толщины подложки и длины призмы. Низ: доступный спектральный диапазон.
Рис. 5: Анализ самоорганизующегося монослоя с помощью спектроскопии НПО на кремниевой подложке в сравнении со спектроскопией пропускания при оптимизированных параметрах (например, размер пятна) Список использованной литературы[1] Nevine Rochat et al., Appl. Phys.Lett., vol. 77 no. 14, 2000. |