DE10131058A1 - Verfahren zur Bestimmung des Schichtwiderstandes einer Oberflächenschicht - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung des Schichtwiderstandes einer OberflächenschichtInfo
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Abstract
Der Erfindung, die eine Verfahren zur Bestimmung des Schichtwiderstandes einer Oberflächenschicht betrifft, bei dem die Oberfläche mit einem Signal beaufschlagt und dessen Wirkung gemessen und daraus der Schichtwiderstand errechnet wird, liegt die Aufgabe zugrunde, den Schichtwiderstand von Oberflächenschichten zerstörungsfrei und mit einer hohen lokalen Auflösung zu bestimmen. Dies wird dadurch gelöst, dass über das an sich bekannte Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke der Brechungsindex aufgenommen wird. Dieses Referenzsubstrat hat eine bekannte oder keine Dotierung. In einem zweiten Schritt wird über das gleiche Messverfahren der Kennlinienverlauf des zu bestimmenden Substrates aufgenommen. Beide Kennlinien werden miteinander verglichen. Der Abstand einander entsprechender Maxima der Kennlinie entspricht sodann der Stärke der Dotierung, d. h. der Differenz der Anzahl der freien Ladungsträger. Sie ist damit direkter Ausdruck des Schichtwiderstandes unmittelbar an der gemessenen Oberfläche (Fig.).
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Schichtwiderstandes einer, bei dem die Oberfläche mit einem Signal beaufschlagt und dessen Wirkung gemessen und daraus der Schichtwiderstand errechnet wird.
- Die Bestimmung des Schichtwiderstandes ist erforderlich, um Prozesse zu kontrollieren. So werden Materialien, wie zum Beispiel Silizium, unterschiedlichen Dotierungen unterzogen, die den Schichtwiderstand ändern. Demzufolge liefert die Kenntnis des Schichtwiderstandes einen Rückschluss auf die Stärke der Dotierung und damit den Dotierungsprozess.
- Gleiche Aussagen lassen sich auch für andere Parameter, wie beispielsweise die Morphologie, treffen.
- Es ist bekannt, den Schichtwiderstand zu bestimmen, indem auf die zu messende Schicht mindestens zwei Messspitzen aufgebracht werden, die einen elektrischen Stromfluss durch das Material bewirken, der der direkten elektrischen Widerstandsmessung dient. Diese Messmethode ist dahingehend nachteilbehaftet, dass es sich zum einen nicht um eine zerstörungsfreie Messung handelt. Die Messspitzen dringen um einen Betrag in die Oberfläche ein und führen damit zur Zerstörung. Zum anderen wird das Integral des Schichtwiderstandes über die Messstrecke und die Schichtdicke gemessen. Das heißt, der Verlauf der Schichtkonzentration von der Oberfläche in das Material hinein bleibt unberücksichtigt. So findet der Profilverlauf keinen Ausdruck, ob das Dotierprofil an der Oberfläche sehr hoch ist und schnell abnimmt oder relativ gering ist und sehr weit in das Material hinein verläuft, oder nicht. Außerdem wird ein vergleichsweise großer Messfleck mit einer mechanischen Mindeststabilität benötigt.
- Weiterhin ist es bekannt, Schichten mittels optischer Messverfahren in ihrer Dicke zu bestimmen. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass eine Schicht bei Beaufschlagung mit Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen stets eine charakteristische Kennlinie aus Reflexionsgrad über der Wellenlänge, auch Brechungsindex genannt, aufweist. Der Reflexionsgrad einer Schicht über der Wellenlänge ändert sich nämlich periodisch, umgeben von einer Hüllkurve. Die Periodenlänge, das heißt, der Abstand der Maxima dieser Kennlinie, ist deutlich abhängig von der Dicke der mit dem Messlicht beaufschlagten Schicht, das heißt relativ dünne Schichten haben weit auseinander liegende Maxima dieser Kennlinie und dicke Schichten einen engeren Abstand.
- Weiterhin ist es bekannt, dass sich der Reflexionsgrad von Substraten, die freie Ladungsträger aufweisen, über die Wellenlänge an einem signifikanten Punkt, der auch als Plasmakante bezeichnet wird, deutlich ändert. Im Bereich optischer Messung, d. h. im Sichtbereich, zeigen derartige Substrate einen hohen Reflexionsgrad ohne signifikante Änderungen. Dies entspricht auch der allgemeinen Lebenserfahrung, wonach beispielsweise Metalle ein optisches Spiegelverhalten zeigen. An dem genannten signifikanten Punkt im Bereich des infraroten Lichtes ändert sich dann der Reflexionsgrad schlagartig, so dass das Substrat sozusagen "durchsichtig" wird.
- Es ist nunmehr Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung des Schichtwiderstandes von Oberflächenschichten anzugeben, welches zerstörungsfrei und mit einer hohen lokalen Auflösung arbeitet.
- Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Substratoberfläche eines Referenzsubstrates mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen λ beaufschlagt wird. Die relative Ladungsträgerzahl AR in der Oberflächenschicht des Referenzsubstrates ist bekannt. Es weist einen dem Substrät entsprechenden Aufbau auf. Mit der Beaufschlagung von Licht unterschiedlicher Wellenlängen λ wird der Brechungsindex des Referenzsubstrates, d. h. die Kennlinie aus Reflexionsgrad über der Wellenlänge λ ermittelt. Der Brechungsindex weist für das Referenzsubstrat n erste Maxima bei Wellenlängen λRn (n = 1, 2, 3, . . .) und m erste Minima bei Wellenlängen λRm (m = 1, 2, 3, . . .) auf. Die Substratoberfläche des Substrats, dessen relative Ladungsträgerzahl. AS in der Oberflächenschicht unbekannt ist, wird mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen λ beaufschlagt und damit der Brechungsindex des Substrates ermittelt. Der Brechungsindex des Substrates weist für das Substrat n zweite Maxima bei Wellenlängen λSn und m zweite Minima bei Wellenlängen XSm auf. Anschließend wird aus einem Vergleich der Brechungsindizes des Referenzsubstrates und des Substrates eine Differenz Δλn = λRn - λSn der Wellenlängen λRn bei Auftreten der ersten Maxima entsprechenden zweiten Maxima oder eine Differenz Δλm = λRm - λSm der Wellenlängen λRm bei Auftreten der ersten Minima und der Wellenlängen λSm bei Auftreten der den ersten Minima entsprechenden zweiten Minima gebildet. Anschließend wird aus
AS = ƒ(Δλn; AR) oder AS = ƒ(Δλm; AR)
die relative Ladungsträgeranzahl AS als proportionaler Ausdruck des Schichtwiderstandes ermittelt. - Durch dieses Verfahren wird über das herkömmliche Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke der Brechungsindex, d. h. der Kennlinienverlauf aus Reflexionsgrad über Wellenlänge eines Referenzsubstrates aufgenommen. Dieses Referenzsubstrat hat eine bekannte oder keine Dotierung, d. h., es weist eine bekannte Anzahl von freien Ladungsträgern auf. Der Begriff relative Ladungsträgeranzahl bedeutet, die Anzahl von Ladungsträgern bezogen auf eine Volumen- oder Masseeinheit des Substrates bzw. des Referenzsubstrates. Die Verwendung eines Referenzsubstrates wird üblicherweise zur Kalibrierung einer Messeinrichtung genutzt.
- In einem zweiten Schritt wird über das gleiche Messverfahren der Kennlinienverlauf des zu bestimmenden Substrates aufgenommen. Beide Kennlinien werden miteinander verglichen. Der Abstand der einander entsprechenden Maxima der Kennlinie entspricht sodann der Stärke der Dotierung, d. h. der Differenz der Anzahl der freien Ladungsträger. Sie ist somit direkter Ausdruck des Schichtwiderstandes unmittelbar an der gemessenen Oberfläche.
- Signifikant ist bei diesen erfindungsgemäßen Verfahren einerseits, dass die Messung zerstörungsfrei erfolgen kann. Außerdem kann die Bestimmung des Schichtwiderstandes in einem sehr lokal begrenzten Raum erfolgen. Es reicht hierbei nämlich bereits ein Lichtfleck geringsten Durchmessers aus, um den Schichtwiderstand genau an diesem Punkt zu bestimmen. Außerdem werden an die mechanische Stabilität des Messobjektes geringste Anforderungen gestellt.
- In einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die relative Ladungsträgeranzahl AS zusammen mit einem empirisch ermittelten Faktor k ermittelt wird aus
- Hierbei wird deutlich, dass eine direkte Beziehung zwischen der linearen "Verschiebung" der Maxima des Substrates bezüglich des Referenzsubstrates zu der Ladungsträgeranzahl besteht. Über entsprechende Kontrollmessungen nach herkömmlichen Methoden können durch den Faktor k entsprechende Korrekturen eingefügt werden, die die Genauigkeit des Messergebnisses erhöhen.
- Bei einer hinreichend genauen Auswertung ist es zweckmäßig, dass der Faktor k auf k = 1 gesetzt wird. Anderenfalls spiegelt er spezifische Materialeigenschaften wider.
- In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei einem Substrat, das eine Oberflächenschicht aufweist, ein Referenzsubstrat eingesetzt wird. Dieses Referenzsubstrat weist ebenfalls eine Oberflächenschicht auf, deren Schichtdicke DR bekannt ist. Aus den Brechungsindizes werden eine erste Periodizität des Brechungsindexes des Referenzsubstrates PR = λRn - λRn - 1 oder PR = λRm - λRm-1 und eine zweite Periodizität des Brechungsindexes des Substrates PS = λSn - λSn-1 oder PS = λSm - λSm - 1 ermittelt wird. Die Schichtdicke des Substrates wird dann ermittelt aus der Funktion
DS = ƒ(PS; PR; DR)
- Durch ein solches Verfahren wird es möglich, in einer Messung sowohl den Schichtwiderstand als auch die Dicke der Oberflächenschicht und die Dicke der dotierten Schicht zu messen. Ein typischer Fall bei der Anwendung in der Halbleitertechnik wäre Siliziumdioxid auf Polysilizium. Sodann kann bei einem Vergleich der Kennlinien zwischen dem Referenzsubstrat und dem zu bestimmenden Substrat eine Linearverschiebung der Maxima der Kennlinie zur Bestimmung des Dotierungsgrades und eine Veränderung der Periodizität, d. h. der Abstand der Maxima innerhalb der Kennlinie zur Bestimmung der Schichtdicke verwendet werden.
- In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird die Schichtdicke des Substrats mit einem empirisch ermittelten Faktor j ermittelt aus
- Der Faktor j kann mit Hilfe herkömmlicher Methoden im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt werden und dient dabei gegebenenfalls der Korrektur und damit der Erhöhung der Genauigkeit.
- Bei hinreichender Genauigkeit ist es in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens möglich, dass der Faktor j = 1 gewählt wird. Anderenfalls ist es möglich, dass er spezifische Materialeigenschaften, gegebenenfalls bezogen auf das Referenzsubstrat, widerspiegelt.
- Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Diagramm der Brechungsindizes eines undotierten Referenzsubstrates und zweier dotierter Substrate.
- In der Zeichnung ist der Reflexionsgrad 1 eines Referenzsubstrates der Reflexionsgrad 2 eines ersten Substrates und der Reflexionsgrad 3 eines zweiten Substrates dargestellt. Der Reflexionsgrad 1 des Referenzsubstrates weist eine Periodizität PR, d. h. einen Abstand einander benachbarter Maxima auf. In gleicher Weise weist der Reflexionsgrad 2 des ersten Substrats eine Periodizität PS1 und der Reflexionsgrad 3 des zweiten Substrates PS2 auf. Alle drei Periodizitäten PR, PS1 und PS2 unterliegen ihrerseits wieder einer über die Wellenlänge λ ansteigenden Funktion. Der Anstieg der Periodizitäten PS1, PS2 und PR über die Wellenlänge λ ist ein Maß für die Dicke einer auf die zu messende Oberfläche aufgebrachten Schicht, die jedoch in diesem Ausführungsbeispiel nicht näher betrachtet werden soll.
- Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind alle drei Kurven um einen Betrag linear zueinander versetzt, was der Stärke der unterschiedlichen Dotierung und damit dem unterschiedlichen Schichtwiderstand entspricht, wie nachfolgend näher erläutert wird.
- Genau der Betrag der Verschiebung ist ein Maß für die relative Ladungsträgeranzahl AS in dem jeweiligen Substrat bzw. für die Differenz der Ladungsträgeranzahl AR und AS1 oder AS1 in dem Referenzsubstrat und dem ersten oder zweiten Substrat. Gebildet wird der Ausdruck der linearen Verschiebung für das erste Substrat durch die Differenz eines Maximums (oder Minimums, wie jedoch nicht weiter in dem Ausführungsbeispiel dargestellt) des ersten Substrats beispielsweise bei der Wellenlänge λS1,4, bei der das vierte Maximum des Reflexionsgrades 2 des ersten Substrates auftritt und einem entsprechenden Maximum (oder wie nicht weiter ausgeführt, bei einem Minimum) des Referenzsubstrates an der Wellenlänge λR4. Die daraus entstehende Differenz Δλ1,4 = λR4 - λS1,4 liefert ein Maß für die höhere Ladungsträgeranzahl AR1 in dem ersten Substrat. Um zu einem absoluten Maß der Ladungsträgeranzahl AS2 zu gelangen, wird die bekannte Ladungsträgeranzahl AR mit der Differenz Δλ1,4, die auf λS1,4 normiert ist, multipliziert. Damit ergibt sich die Ladungsträgeranzahl in dem Substrat zu
- In gleicher Weise wird der Ausdruck der linearen Verschiebung für das zweite Substrat durch die Differenz eines Maximums (oder Minimums, wie jedoch nicht weiter in dem Ausführungsbeispiel dargestellt) des zweiten Substrats beispielsweise bei der Wellenlänge Δλ2,4, bei der das vierte Maximum des Reflexionsgrades 3 des zweiten Substrates auftritt und einem entsprechenden Maximum (oder wie nicht weiter ausgeführt, bei einem Minimum) des Referenzsubstrates an der Wellenlänge λR4. Die daraus entstehende Differenz Δλ2,4 = λR4 - λS2,4 liefert ein Maß für die höhere Ladungsträgeranzahl AR2 in dem zweiten Substrat. Um zu einem absoluten Maß der Ladungsträgeranzahl AS2 zu gelangen, wird die bekannte Ladungsträgeranzahl AR mit der Differenz λS2,4, die auf λS2,4 normiert ist, multipliziert. Damit ergibt sich die Ladungsträgeranzahl in dem Substrat zu
- Im übrigen ist die Differenz der in Richtung zu einer höheren Wellenlänge folgenden Maxima Δλ1,5 oder Δλ2,5 gleich der Differenz Δλ1,4 oder Δλ2,4, da es sich ja, wie bereits erwähnt, um eine lineare Verschiebung der jeweils beiden Kennlinien zueinander handelt.
- In dem Ausführungsbeispiel ist zu beachten, dass es bei dem verwendeten Dotierverfahren durch Diffusion unmöglich ist, einen geringen Oberflächenabtrag zu vermeiden. Daraus können die geringfügigen Änderungen in der Periodizität der dargestellten Messsignale erklärt werden. Bezugszeichenliste 1 Reflexionsgrad eines Referenzsubstrates
2 Reflexionsgrad eines ersten Substrates
3 Reflexionsgrad eines zweiten Substrates
PR Periodizität des Reflexionsgrades 1
PS1 Periodizität des Reflexionsgrades 2
PS2 Periodizität des Reflexionsgrades 3
λ Wellenlänge
ΔλS1,4; ΔλS1,5 ;Wellenlänge eines Maximums des Reflexionsgrades 2
ΔλS2,4; ΔλS2,5 ;Wellenlänge eines Maximums des Reflexionsgrades 3
λR4; λR5 ;Wellenlänge des Maximums des Reflexionsgrades 1
Δλ1,4; Δλ1,5 ;Wellenlängendifferenz des ersten Substrates
ΔλS2,4; ΔλS2,5 ;Wellenlängendifferenz des zweiten Substrates
Claims (6)
1. Verfahren zur Bestimmung des Schichtwiderstandes einer
Oberflächenschicht, bei dem die Oberfläche mit einem Signal
beaufschlagt und dessen Wirkung gemessen und daraus der
Schichtwiderstand errechnet wird, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Substratoberfläche
eines Referenzsubstrates, dessen relative
Ladungsträgeranzahl AR in der Oberflächenschicht bekannt ist und das einen
dem Substrat entsprechenden Aufbau aufweist, mit Licht
unterschiedlicher Wellenlängen K beaufschlagt und damit der
Brechungsindex des Referenzsubstrates, d. h. die Kennlinie
aus Reflexionsgrad über der Wellenlänge λ ermittelt wird,
die für das Referenzsubstrat n erste Maxima bei
Wellenlängen λRn (n = 1, 2, 3, . . .) und m erste Minima bei
Wellenlängen λRm (m = 1, 2, 3, . . .) aufweist,
dass eine Substratoberfläche des Substrates, dessen relative Ladungsträgeranzahl AS in der Oberflächenschicht unbekannt ist, mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen λ beaufschlagt und damit der Brechungsindex des Substrates ermittelt wird, die für das Substrat n zweite Maxima bei Wellenlängen λSn und m zweite Minima bei Wellenlängen λSm aufweist,
dass anschließend aus einem Vergleich der Brechungsindizes des Referenzsubstrates und des Substrates eine Differenz Δλn = λRn - λSn der Wellenlängen λRn bei Auftreten der ersten Maxima und der Wellenlängen λSn bei Auftreten der den ersten Maxima entsprechenden zweiten Maxima oder eine Differenz Δλm = λRm - λSm der Wellenlängen λRm bei Auftreten der ersten Minima und der Wellenlängen λSm bei Auftreten der den ersten Minima entsprechenden zweiten Minima gebildet wird und
dass anschließend als proportionaler Ausdruck des Schichtwiderstandes die relative Ladungsträgeranzahl AS ermittelt wird aus
AS = ƒ(Δλn; AR) oder AS = ƒ(Δλm; AR)
dass eine Substratoberfläche des Substrates, dessen relative Ladungsträgeranzahl AS in der Oberflächenschicht unbekannt ist, mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen λ beaufschlagt und damit der Brechungsindex des Substrates ermittelt wird, die für das Substrat n zweite Maxima bei Wellenlängen λSn und m zweite Minima bei Wellenlängen λSm aufweist,
dass anschließend aus einem Vergleich der Brechungsindizes des Referenzsubstrates und des Substrates eine Differenz Δλn = λRn - λSn der Wellenlängen λRn bei Auftreten der ersten Maxima und der Wellenlängen λSn bei Auftreten der den ersten Maxima entsprechenden zweiten Maxima oder eine Differenz Δλm = λRm - λSm der Wellenlängen λRm bei Auftreten der ersten Minima und der Wellenlängen λSm bei Auftreten der den ersten Minima entsprechenden zweiten Minima gebildet wird und
dass anschließend als proportionaler Ausdruck des Schichtwiderstandes die relative Ladungsträgeranzahl AS ermittelt wird aus
AS = ƒ(Δλn; AR) oder AS = ƒ(Δλm; AR)
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die relative Ladungsträgeranzahl AS
mit einem empirisch ermittelten Faktor k ermittelt wird aus
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Faktor k = 1 ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass bei einem Substrat, das
eine Oberflächenschicht aufweist, ein Referenzsubstrat
eingesetzt wird, das ebenfalls eine Oberflächenschicht
aufweist, deren Schichtdicke DR bekannt ist,
dass aus den Brechungsindizes eine erste Periodizität des Brechungsindexes des Referenzsubstrates PR = λRn - λRn-1 oder PR = λRm - λRm-1 und eine zweite Periodizität des Brechungsindexes des Substrates PS = λSn - λSn-1 oder PS = λSm - λSm-1 ermittelt wird, und
dass die Schichtdicke DS des Substrates ermittelt wird aus
DS = ƒ(PS; PR; DR)
dass aus den Brechungsindizes eine erste Periodizität des Brechungsindexes des Referenzsubstrates PR = λRn - λRn-1 oder PR = λRm - λRm-1 und eine zweite Periodizität des Brechungsindexes des Substrates PS = λSn - λSn-1 oder PS = λSm - λSm-1 ermittelt wird, und
dass die Schichtdicke DS des Substrates ermittelt wird aus
DS = ƒ(PS; PR; DR)
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schichtdicke DS des
Substrates mit einem empirisch ermittelten Faktor j
ermittelt wird aus
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der Faktor j = 1 ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2001131058 DE10131058A1 (de) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | Verfahren zur Bestimmung des Schichtwiderstandes einer Oberflächenschicht |
PCT/DE2002/002289 WO2003005003A1 (de) | 2001-06-29 | 2002-06-25 | Verfahren zur bestimmung des schichtwiderstandes einer oberflächenschicht |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001131058 DE10131058A1 (de) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | Verfahren zur Bestimmung des Schichtwiderstandes einer Oberflächenschicht |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10131058A1 true DE10131058A1 (de) | 2003-02-13 |
Family
ID=7689679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2001131058 Withdrawn DE10131058A1 (de) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | Verfahren zur Bestimmung des Schichtwiderstandes einer Oberflächenschicht |
Country Status (2)
Country | Link |
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WO (1) | WO2003005003A1 (de) |
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US5100233A (en) * | 1989-09-22 | 1992-03-31 | Rockwell International Corporation | Refractive index monitor for deposition of gradient-index films |
US5103182A (en) * | 1990-04-02 | 1992-04-07 | Texas Instruments Incorporated | Electromagnetic wave measurement of conductive layers of a semiconductor wafer during processing in a fabrication chamber |
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-
2001
- 2001-06-29 DE DE2001131058 patent/DE10131058A1/de not_active Withdrawn
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2002
- 2002-06-25 WO PCT/DE2002/002289 patent/WO2003005003A1/de not_active Application Discontinuation
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WO2003005003A1 (de) | 2003-01-16 |
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