DE10061168C2

DE10061168C2 - Verfahren zur Messung von Kennwerten eines Schichtsystems während des Schichtaufbaus, insbesondere der Temperatur, insbesondere bei einem Halbleitersystem während der Epitaxie

Info

Publication number: DE10061168C2
Application number: DE10061168A
Authority: DE
Inventors: Joerg-Thomas Zettler; Kolja Haberland
Original assignee: LAYTEC GES fur IN SITU und NA
Current assignee: LAYTEC AKTIENGESELLSCHAFT, DE
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: DE10061168A1; US20020113971A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Kenn werten eines Schichtsystems während des Schichtaufbaus, ins besondere der Temperatur, insbesondere bei einem Halbleiter system während der Epitaxie, bei konstanten Prozeßbedingun gen. Das Verfahren kann in-situ bei der metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE), Molekularstrahlepitaxie (MBE) o der ähnlicher Verfahren angewandt werden und ermöglicht die Bestimmung der Probentemperatur unter Standardwachstumsbe dingungen.

Die genaue Kenntnis der Temperatur ist für das Wachstum von Halbleiterschichtsystemen und Halbleiterbauelementen extrem wichtig, da praktisch alle wesentlichen Wachstumsparameter wie z. B. Wachstumsrate, Zusammensetzung, Dotierungseinbau temperaturabhängig sind. Natürlich können diese Kennwerte nach Ende des Wachstumsprozesses bestimmt werden. Zur Ein flußnahme auf den Wachstumsprozeß und zur Übertragbarkeit der Prozeßbedingungen auf andere Anlagen ist jedoch die ak tuelle Kenntnis der Temperatur unerläßlich.

Die Probentemperatur hängt wesentlich von äußeren Parametern (Belegung der Reaktorwände, Art des Trägergases, Form und Größe des Probenträgers, dessen Rotationsgeschwindigkeit etc.) ab. Daher muß in der Praxis häufig eine Temperaturka librierung der Temperaturmeßeinrichtung durchgeführt werden (die alte Kalibrierung verliert bei Veränderung eines Para meters ihre Gültigkeit). Ein herkömmliches Verfahren zur Temperaturkalibrierung verwendet spezielle Kalibrierproben, z. B. Eutektika oder Schmelzproben. Diese Kalibrierung kann dann nur bei einer festen, durch den Schmelzpunkt oder Um schlagpunkt des Materials vorgegebenen Temperatur erfolgen. Ein Temperaturvergleich zwischen verschiedenen Reaktoren, z. B. zum Übertragen von Prozessen von einer Anlage auf die nächste, ist daher nur bei dieser einen Temperatur möglich. In der Regel liegt die eigentliche Wachstumstemperatur nicht bei dieser Umschlagtemperatur und das Verfahren ist daher zum Abgleich der eigentlichen Wachstumstemperatur nur be dingt geeignet und daher problematisch. Die Kalibrierung ist außerdem sehr zeitaufwendig.

Zur Temperaturmessung in einer MBE- oder MOVPE-Anlage sind im wesentlichen zwei Verfahren bekannt:

1. Messung mit Thermoelementen

Im Probenträger (Suszeptor, i. d. R. aus Graphit gefertigt) auf dem die Probe liegt, befindet sich ein Thermoelement. Die vom Thermoelement gemessene Temperatur entspricht nur dann der wahren Probentemperatur, wenn die Probe mit dem Suszeptor im thermischen Gleichgewicht steht. Dies ist im Realfall nicht unbedingt der Fall. Moderne, kommerzielle Epitaxiesysteme verfügen i. d. R. über rotierende Proben. Bei der MOVPE ist der Suszeptor dabei oft mehrteilig. Im Haupt suszeptor befindet sich ein zusätzlicher Teller der durch einen Gasstrom gedreht und getragen wird. Durch diese Kon struktion ist der thermische Kontakt zwischen geheiztem Sus zeptor (mit Thermoelement) und Probe stark herabgesetzt. Zu sätzliche Effekte wie z. B. Kühlung durch den Gasstrom, ver änderte Abstrahlung oder Ausbildung eines Strahlungsgleich gewichtes im Reaktor durch Belegung der Innenwände können zu weiteren Abweichungen führen. Genaue Form, Größe und Bele gung des Suszeptors und des Reaktors haben einen Einfluß auf die Größe der Abweichung der Probentemperatur von der Ther moelementtemperatur.

Mit Thermoelementen kann in jedem Fall nur die Temperatur des Suszeptors gemessen werden. Die wahre Temperatur der Probe kann davon abweichen, z. B. aufgrund veränderter Ab strahlung oder Ausbildung eines Strahlungsgleichgewichtes im Reaktor oder eines schlechten thermischen Kontaktes.

1. Messung mit Pyrometern

Große Multi-Wafer-Anlagen arbeiten mitunter mit planetari scher Rotation, das heißt, mehrere Probenträger drehen sich auf einem Teller um eine Achse und außerdem um sich selbst. Da sich hier Thermoelemente nicht einsetzen lassen, wird die Temperatur mittels Pyrometrie gemessen. Dabei wird die ther mische Emission von infrarotem Licht der Probe detektiert. Das Verfahren setzt eine genaue Kenntnis der Emissivität des gemessenen Materials voraus, um aus der Messung die Tempera tur fehlerfrei bestimmen zu können. Außerdem ist Pyrometrie nur in einem eingeschränkten Temperaturbereich verwendbar (ab ca. 300°C).

Um die Thermoelement- bzw. Pyrometertemperatur auf die wahre Probentemperatur zu kalibrieren, werden, wie oben bereits beschrieben, Schmelzpunktbestimmungen oder Eutektikumska librierungen benutzt. Dabei werden spezielle Substanzen mit genau bekannten Schmelz- oder Umschlagpunkten im Epitaxie system erhitzt und die Temperaturdifferenz bestimmt. Dies kann nur in einem separaten Wachstums-Lauf erfolgen, da spe zielle, für das Wachstum nicht taugliche Proben benutzt wer den müssen. Außerdem entsprechen nicht alle Bedingungen im Reaktor den realen Wachstumsbedingungen.

Es ist aus der US-A 5.403.433 außerdem bekannt, Reflexions daten zur Temperaturbestimmung heranzuziehen. Dabei wird die Lage der kritischen Punkte eines Halbleiters vermessen, in dem die temperaturabhängige Verschiebung der fundamentalen Bandkante bestimmt wird. Letztere kann durch Messung des Streulichtes von der Probenrückseite bestimmt werden, da das Streulicht nur dann meßbar ist, wenn die Probe für die verwendete Lichtwellenlänge durchsichtig wird. Nachteil ist, daß eine Transmissionsmessung aufwendig und in-situ kaum machbar ist. Außerdem ist die sehr genaue Kenntnis der opti schen Eigenschaften des verwendeten Materials (Temperaturab hängigkeit der dielektrischen Funktion bzw. des Brechungsin dex und der Absorptionskonstante) nötig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das die in-situ-Messung der Temperatur einer Probe bei wesentlich verringertem Auf wand erlaubt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltun gen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Danach wird das Material mit einer konstanten Photonenener gie beleuchtet, seine Reflektivität über der Zeit gemessen und daraus Lage und Wert eines Extremums der Fabry-Perot- Oszillationen der jeweiligen Schicht bestimmt, aus der die Schicht-Wachstumsrate und anhand vorermittelter Vergleichs werte die Prozeßtemperatur und/oder die Schichtzusammenset zung ermittelt wird. In der folgenden Beschreibung wird aus Gründen der einfacheren Darstellung davon ausgegangen, daß als Extremum das erste Minimum verwendet wird, das sich meß technisch am schnellsten und leichtesten auswerten läßt. Ge nauso gut könnte jedoch ein anderes Extremum verwertet wer den.

Es wurde gefunden, daß sich durch Messung der Reflektivität einer Probe nach Bestimmung des ersten Minimums der Fabry- Perot-Oszillation direkt auf die Temperatur der Probe und auf weitere Kennwerte schließen läßt, wenn die Photonenener gie während des Vorgangs, bei dem die Messung erfolgen soll, konstant gehalten wird.

Die meisten Epitaxieanlagen können mit einem optisch trans parenten Fenster ausgestattet werden, so daß optische Mes sungen unter senkrechtem Einfall erfolgen können. Mittels optischer Verfahren kann die Reflektivität der Probe gemes sen werden. Genauer gesagt, eine Meßgröße DC (Spannung eines Detektors) ist der Reflektivität einer Probe sowie Einfluß faktoren der Meßanordnung proportional:

DC = Reflektivität.Apparatefunktion.

Die Apparatefunktion kann durch geeignetes Normieren des Meßsignals eliminiert werden, so daß die Reflektivität als solche bestimmt werden kann. Da auch der Bezugsmeßwert nicht als absolute Größe bekannt sein muß, reicht die Messung der auf ein Ausgangsmaterial bezogenen Reflektivität.

Das vorgestellte Verfahren basiert somit auf der Messung ei ner Detektorspannung DC bei einer festen Photonenenergie im IR-, visuellen oder UV-Spektralbereich und der Bestimmung eines ersten Minimums der Detektorspannung (Transientenmes sung) während des Wachstums eines definierten Schichtensta pels.

Um während des Wachstums des Schichtenstapels die Material qualität zu überwachen, können vor und nach dem Wachstum RAS-Spektren (Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie) gemessen werden. Zusätzlich kann ein RAS-Signal auch während des Wachstums parallel zur DC-Transiente gemessen werden. Auf grund der hohen Oberflächensensitivität der RAS kann so eine Degradation der Schicht frühzeitig angezeigt werden.

Wird bei dem zum Stand der Technik oben beschriebenen Ver fahren die Temperaturabhängigkeit der dielektrischen Funkti on ausgenutzt, indem bei bekannter Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex aus dem gemessenen Brechungsindex eine Temperatur abgeleitet wird, ist immer eine Datenbankauswer tung notwendig, bei der der Wert des Brechungsindex für das benutzte Material mit der Temperatur verknüpft wird. Damit geht eine etwaige Ungenauigkeit in der Datenbank voll in die Temperaturmessung ein. Um den Brechungsindex überhaupt aus der gemessenen Kurve bestimmen zu können, ist in jedem Fall eine Simulation (Rechnung) der Messung mit Fit notwendig.

Nach dem vorliegenden Verfahren werden dagegen zum Vergleich von Temperaturen und zur Kalibrierung direkt gemessene Roh daten, nämlich der Reflektivitätswert des ersten Minimums der Fabry-Perot-Oszillationen genutzt. Damit geht beim Rela tivvergleich von Temperaturen, z. B. zwischen verschiedenen Anlagen, keine Datenbank ein und es ist keine Rechnung oder Simulation notwendig. Natürlich kann durch einen zusätzli chen Datenbank-Fit die Meßgenauigkeit weiter erhöht werden. Erst wenn dem gemessenen Reflektivitätswert des Minimums ei ne absolute Temperatur zugeordnet werden soll, ist eine Kalibrierkurve zum Ablesen des Temperaturwertes nötig. Aber auch hierfür wird keine Datenbank für den Brechungsindex benötigt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnun gen zeigen

Fig. 1 eine an sich bekannte Anordnung zur kombinierten Reflexions- und RAS-Messung einer Probe,

Fig. 2 die Temperaturabhängigkeit des Realteils der die lektrischen Funktion für GaAs und AlAs,

Fig. 3 den Zusammenhang zwischen den Fabry-Perot- Oszillationen und der Temperatur,

Fig. 4 eine aus Datenbankspektren errechnete Kalibrier kurve für die Reflektivität in Abhängigkeit von der Temperatur,

Fig. 5 eine gemessene Kalibrierkurve für die Reflektivi tät in Abhängigkeit von der Temperatur,

Fig. 6 die Anwendung des Verfahrens für eine Kalibrierung von MOVPE-Reaktoren,

Fig. 7 den Zusammenhang zwischen den Fabry-Perot- Oszillationen und der Wachstumsrate bei der Epita xie anhand einer Modellrechnung,

Fig. 8 den gemessenen und mit Datenbankwerten gefitteten Verlauf der Reflektivität bei einer bestimmten Temperatur,

Fig. 9 die Reflektivitäts-Transiente beim Wachsen eines ternären Materials,

Fig. 10 eine sich daraus ergebende Kalibrierkurve für den Al-Gehalts des ternären Materials und

Fig. 11 die Reflektivitäts-Transiente bei der Epitaxie ei nes 5-Schichten-Stapels.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur kombinierten Reflexions- und RAS-Messung einer Probe in einer MOVPE-Anlage. Das Licht ei ner Xenonlampe 1 wird über ein Polarisationsprisma 2 und ei nen Strahlteiler 3 auf einen rotierenden Probenhalter 4 mit einer Probe 5 fokussiert. Ein erster Spiegel 6 dient zur Fo kussierung des Lichts auf die Probe 5. Von der Probe 5 wird das Licht auf einen sphärischen Spiegel 7 reflektiert. Der sphärische Spiegel 7 hat eine kompensierende Funktion bezüg lich der Taumelbewegung, die der rotierende Probenträger 4 ausführt. Das Licht läuft dann in sich zurück zum Strahltei ler 3. Mittels eines Photoelastischen Modulators 8 kann das Licht moduliert und über ein weiteres Polarisationsprisma 9 abgefragt werden. Über weitere Spiegel 10, 11 wird das Licht auf einen Monochromator 12 fokussiert und mittels eines Si lizium-Dioden-Detektors 13 detektiert.

Der Probenträger 4 befindet sich dabei in einem MOVPE- Reaktor 14, wobei das Licht durch ein optisches Fenster 15 auf die Probe 5 gelangt.

Der am Anfang und gegebenenfalls auch am Ende an Hand der Detektorspannung DC gemessene Buffer (Material A) erlaubt eine Normierung der gemessenen Transiente, was zur Eliminie rung der Apparatefunktion führt:

DC/DC_MaterialA = R/R_MaterialA

Die Apparatefunktion enthält alle Anteile des Meßsignals, die nicht von der Probe, sondern nur vom verwendeten opti schen System abhängen; z. B. ist das die Intensitätsvertei lung der Xenonlampe 1, die spektrale Empfindlichkeit des De tektors 13 etc.

Die Reflektivitiät der Probe 5 hängt von den optischen Ei genschaften (dielektrische Funktion ε₁, ε₂ bzw. Brechungsin dex n und Absorption k) ab, die temperaturabhängig sind. Beim Wachstum beobachtet man aufgrund des Brechungsindex- Unterschiedes und der sich einstellenden Vielstrahlinterfe renz an der Probenoberfläche die bekannten Fabry-Perot- Oszillationen.

Es wurde nun gefunden, daß die Tiefe des ersten Minimums der Fabry-Perot-Oszillationen während des Wachstums von Material B direkt als Maß für die Temperatur genutzt werden kann, wenn die Reflektivität an einer geeigneten, konstant gehal tenen Photonenenergie gemessen wird. Die Tiefe dieses Mini mums hängt nur von der Temperatur ab und nicht von anderen Parametern wie z. B. der Wachstumsrate. Das Minimum stellt sich bei dem Wachstumsprozeß je nach der angestrebten Wachs tumsrate innerhalb weniger Sekunden oder Minuten ein.

Um auf diese einfache Weise die Temperaturabhängigkeit der dielektrischen Funktion zu messen, muß die Photonenenergie geeignet gewählt werden. Fig. 2 zeigt als Beispiel die Temperaturabhängigkeit des Realteils der dielektrischen Funkti on für GaAs und AlAs. Für das Verfahren wird zweckmäßig eine energetische Position verwendet, bei der die Temperaturemp findlichkeit des einen Materials groß ist, während die des anderen Materials klein ist. Zusätzlich sollte bei dieser Energie im betrachteten Temperaturbereich kein kritischer Punkt liegen, sondern ein monotoner Bereich. Dadurch, daß bei GaAs und AlAs die jeweiligen kritischen Punkte weit ge trennt liegen, läßt sich ein Energiebereich finden, in dem diese Forderungen gut erfüllt sind: E = 2.6 . . . 3.1 eV (ge strichelter Bereich). In diesem Bereich gilt: R = R(ε₁) (da AlAs fast absorptionsfrei ist) und ε₁(AlAs) ≈ const, somit ist die Temperaturabhängigkeit von GaAs über ε₁(GaAs) direkt als ε₁(T) meßbar.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des ersten Minimums der Fabry- Perot-Oszillationen von der Temperatur anhand eines Schich tenstapels, wobei für das Verfahren folgendes Materialsystem gewählt wurde:
Material A (Substrat) = Galliumarsenid (GaAs)
Material B (erste Schicht) = Aluminiumarsenid (AlAs), 50 nm
Material A (zweite Schicht) = Galliumarsenid (GaAs), 200 nm

Die Lage des Minimums verschiebt sich, wobei sich auch des sen Tiefe verändert. Die Darstellung zeigt, daß der Wert des Reflexionsparameters R/R_GaAs an der Stelle des Minimums als ein Maß für die aktuelle Temperatur herangezogen werden kann.

Da der gemessene Relativwert des Reflexionsparameters R_schicht/R_GaAs an der Stelle des Minimums ein Maß für die Tem peratur ist, kann für Relativvergleiche zwischen verschiede nen Wachstumsanlagen diese Größe sofort herangezogen werden, ohne daß Absolutwerte der Reflektivität bekannt sein müssen. Für die Messung einer absoluten Temperatur muß entweder eine genaue Datenbank der dielektrischen Funktionen der beiden verwendeten Materialien A und B zur Verfügung stehen (Er stellung solch einer Datenbank über in-situ Messungen mit spektroskopsicher Ellipsometrie oder mit Reflexionsmessungen wie hier vorgestellt) oder ein Kalibrierpunkt mittels Eutek tikumseichung erzeugt werden. Die so erhaltene Kalibrierkur ve ist dann universell an jeder Epitaxieanlage gültig.

In Fig. 4 ist eine solche, aus Datenbankspektren berechnete Kalibrierkurve aufgetragen.

In Fig. 5 ist eine sich aus den Messungen der Minima bei verschiedenen Temperaturen ergebende Kalibrierkurve eben falls für eine Photonenenergie von E = 2,65 eV dargestellt. Gezeigt ist der für die III-V-Epitaxie interessante Tempera turbereich.

Mit einer solchen Kalibrierkurve ist es dann möglich, andere vorhandene Temperaturmeßeinrichtungen, wie sie eingangs be schrieben wurden, zu kalibrieren.

Fig. 6 zeigt eine solche Kalibrierung verschiedener Anlagen. Eingetragen sind Meßwerte von drei verschiedenen MOVPE- Anlagen mit rotierender und nichtrotierender Probe. Die Pro bentemperatur wird mittels Thermoelementen gemessen. Die no minellen, von den Thermoelementen angezeigten Temperaturen der rotierenden Proben (gestrichelte Geraden) weichen deut lich voneinander und von der der nichtrotierenden Probe ab. Die Messung der nichtrotierenden Probe zeigt hinreichend ge nau die wahre Temperatur. Aus der Forderung, daß die Kurven alle deckungsgleich sein sollen, kann die Temperaturabwei chung für jeden Reaktor bestimmt werden.

Fig. 7 zeigt die Verschiebung der ersten Minima der Fabry- Perot-Oszillationen bei einer konstanten Temperatur und ver schiedenen Wachstumsraten. Erkennbar ist, daß die Minima gleich tief sind, sich jedoch mit sinkender Wachstumsrate auf der Zeitachse verschieben. Bei ansonsten gleichbleibenden Bedingungen kann deshalb auch die Wachstumsrate der Schichten aus der gemessenen Transiente bestimmt werden.

Hierfür werden Transienten für mehrere Wachstumsraten ermit telt, von denen eine in Fig. 8 gezeigt ist. Zur präziseren Auswertung der gemessenen Reflexionstransienten kann der Kurvenverlauf mittels Datenbanken simuliert werden und die entsprechenden Parameter (Brechungsindex n, Absorption k, Wachstumsraten r₁, r₂) angepasst/gefittet werden. Dies er laubt entweder eine sehr genaue, vom Rauschen der einzelnen Messpunkte im Minimum entkoppelte Bestimmung der Tiefe des Minimums oder alternativ bei bekannter Temperatur die Er stellung/Verbesserung einer Datenbank für diese Werte, die als solche später zum Vergleich mit gemessenen Kurven dienen kann.

Durch Erweiterung des Schichtenstapels um zwei weitere Schichten kann mit dem Verfahren im gleichen Run neben der Temperatur auch die Komposition eines ternären Materials nebst der zugehörigen Wachstumsrate gemessen werden. Der Schichtenstapel wird dann beispielsweise wie folgt gewählt: Material A - ca. 50 nm Material B - ca. 200 nm Material A - ca. 50 nm ternäres Material C - ca. 200 nm Material A.

Aus den ersten drei Schichten wird wie oben erläutert die Temperatur sowie die Wachstumsraten von Material A und B be stimmt. Mit der nun bekannten Temperatur ist es möglich, aus den letzten beiden Schichten die Zusammensetzungsabhängig keit der dielektrischen Funktion von Material C von der Tem peraturabhängigkeit zu trennen, wenn zuvor eine Kalibrier kurve für die Zusammensetzung des ternären Materials C er mittelt wurde. Damit kann die Tiefe des ersten Minimums der Fabry-Perot-Oszillationen des ternären Materials C direkt als Maß für die Zusammensetzung von Material C benutzt wer den. Denn genau wie die Temperatur verändert die Zusammen setzung den Brechungsindex und damit die dielektrische Funk tion. Durch die geschickte Wahl des Schichtenstapels und den zweistufigen Meßprozeß, können beide Effekte sauber getrennt werden.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen die Anwendung dieser Methode für Al_xGa_1-xAs. Gemäß Fig. 9 wird die Transiente für das ternäre Material C Al_xGa_1-xAs gemessen. Aus den Minima der ersten Fabry-Perot-Oszillation läßt sich eine Kalibrierkurve in Ab hängigkeit vom Al-Gehalt ermitteln, wie Fig. 10 zeigt. Fig. 11 zeigt eine Simulation einer kompletten Messung zur Be stimmung von Wachstumsrate (r), Temperatur (T) und Alumini um-Gehalt (x) in einem Run.

Der besondere Vorteil des Verfahrens ist die einfache Ent kopplung von den Effekten, die durch Wachstumsratenänderung verursacht werden, von denen, die durch Temperaturverände rung verursacht werden. Nur durch die geschickte Wahl des Schichtenstapels und die Messung bei einer geeigneten Photo nenenergie können Wachstumsrate und Temperatur aus einer Transiente eindeutig bestimmt werden. Damit ist auch der Vergleich von Temperaturen zwischen verschiedenen Wachstums anlagen möglich.

Die Messung kann insbesondere dann als verläßlich gelten, wenn vor und nach dem Wachstum eines A-B-A-Schichtenstapels der Wert der Reflektivität gleich groß ist. Dies ist der Grund, warum in der Schichtstruktur vor und nach der Schicht B zweckmäßig eine Schicht A gewachsen wird.

Durch Degradation der Schichten könnte eine fehlerhafte Tem peraturinformation gemessen werden. Jedoch bietet ein gleichzeitig gemessenes RAS-Signal ein "Frühwarnsystem", da sich Degradationen im RAS-Signal deutlich früher zeigen, als in der Reflektivität der Probe.

Der Temperaturbereich, in dem das Verfahren angewandt werden kann, ist praktisch nicht beschränkt, sofern mit einer ge eigneten Photonenenergie gearbeitet wird, und solange für das benutzte Material einkristallines Wachstum (Epitaxie) möglich ist.

Es ist sicherzustellen, daß die Messungen immer bei der ex akt gleichen Photonenenergie erfolgen. Bei Verwendung einer Xenon-Hochdrucklampe als Lichtquelle für das Reflektometer kann die Lage der Emissionslinie bei E = 2.65 eV ausgenutzt werden. Die spektrale Lage der Linie hängt von praktisch keinen äußeren Parametern ab und kann daher auch probenunab hängig genau angefahren werden.

Die Genauigkeit des Verfahrens hängt dann im wesentlichen nur vom Signal-Rausch-Verhältnis des für die Reflexionsmes sung verwendeten Spektrometers ab. Für das gezeigte Beispiel erlaubte das Signal-Rausch-Verhältnis des optischen Systems eine Meßgenauigkeit von ±5 K.

Das Verfahren kann vor jedem Epitaxieablauf zur präzisen Temperaturkalibrierung eines Thermoelements oder Pyrometers eingesetzt werden (Zeitaufwand kleiner 1 h). Die erreichbare Genauigkeit der Temperaturmessung für vergleichende Messun gen beträgt mindestens ±5 K. Damit ist ein Kalibrieren der Reaktortemperatur für die tatsächlich vorhandene Suszep tor/Reaktorkonfiguration möglich.

Bei horizontalen Ein-Wafer-Reaktoren hängt die wahre Proben temperatur auch vom Belegungszustand des Liner-Rohres ab (Temperaturdifferenz ≧ 10 K), während das Thermoelement kon stante Temperatur anzeigt. Diese sonst nicht meßbare Tempe raturdifferenz kann mittels des vorgestellten Verfahrens ge messen werden.

Bezugszeichenliste

1

Xenonlampe

2

Polarisationsprisma

3

Strahlteiler

4

Probenhalter

5

Probe

6

Spiegel

7

Sphärischer Spiegel

8

Modulator

9

Polarisationsprisma

10

Spiegel

11

Spiegel

12

Monochromator

13

Silizium-dioden-Detektor

14

MOVPE-Reaktor

15

Optisches Fenster
T Temperatur
r Wachstumsrate
x Aluminiumgehalt

Claims

1. Verfahren zur Messung von Kennwerten eines Schichtsys tems während des Schichtaufbaus, insbesondere der Tempe ratur, insbesondere bei einem Halbleitersystem während der Epitaxie, bei konstanten Prozeßbedingungen, bei dem
das Schichtsystem mit Licht einer konstanten Photonenenergie beleuchtet wird,
seine Reflektivität über der Zeit gemessen und daraus die Lage und Wert eines Extremums der Fabry-Perot- Oszillationen einer jeweiligen Schicht bestimmt wer den, und
aus diesen Größen die Schicht-Wachstumsrate und an hand vorermittelter Vergleichswerte die Prozeßtempe ratur und/oder die Schichtzusammensetzung ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Extremum das erste Minimum der Fabry-Perot- Oszillationen verwertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die aktuell gemessene Reflektivität zur Reflektivität eines Referenzmaterials, auf dem mindestens eine Schicht aufgebaut wird, ins Verhältnis gesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß am Ende eines Prozeßschrittes oder des gesamten Prozes ses eine Schicht aus dem gleichen Material wie ein Sub stratmaterial, auf dem mindestens eine Schicht aufgebaut wird, gewachsen und dessen Kennwerte mit den zu Beginn des Prozesses vorliegenden Kennwerten verglichen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Materialeigenschaften während des Prozesses zeitpa rallel, mindestens aber vor Prozeßbeginn und nach Proze ßende durch eine RAS-Messung überwacht werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Reflektivität bei dem betrachteten Extremum der Fabry-Perot-Oszillationen zur Bestimmung der Prozeßtem peratur herangezogen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Prozeßzeit bis zum betrachteten Extremum der Fabry- Perot-Oszillationen zur Bestimmung der Schicht- Wachstumsrate herangezogen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß bei zuvor ermittelter Prozeßtemperatur die Reflektivität beim betrachteten Extremum der Fabry-Perot-Oszillationen einer ternären Schicht zur Bestimmung von deren Zusam mensetzung herangezogen wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Photonenenergie des Messlichtes in einem Bereich ge wählt wird, in dem die Temperaturabhängigkeit des Real teils der dielektrischen Funktion der beteiligten Mate rialien monoton ist.