RO109245B1 - >Metodă pentru evaluarea rugozităților mici ale suprafeței substraturilor dielectrice - Google Patents

Abstract

Invenția se referă la o metodă care permite evaluarea rugozităților mici ale suprafeței substraturilor dielectrice, cu aplicații în domeniul tehnologiei straturilor subțiri. Metoda constă în depunerea, simultan, pe un substrat etalon cu rugozitate foarte mică și pe substratul de caracterizat, al unui strat rezistiv, din nichel-crom și măsurarea rezistenței pe pătrat, prin măsurarea raportului V/I rezultat pe ambele substraturi, determinarea distanței medii vârf-vârf (d„) a ondulațiilor în planul suprafeței substratului cu rugozitate pe o fotografie realizată prin microscopie electronică și calcularea, pe baza unei formule de calcul deduse teoretic, a amplitudinii vârf-vale (Aj) a ondulațiilor într-un plan perpendicular pe suprafața substratului, obținându-se astfel extinderea domeniului de caracterizare cu mai mult de un ordin de mărime pentru rugozități cuprinse între 2,5 /xm și aproximativ 1000 A .

Description

Invenția se referă la o metodă care permite evaluarea rugozităților mici ale suprafeței substraturilor dielectrice, cu aplicații în domeniul tehnologiei structurilor subțiri.

Se cunoaște o metodă de măsurare a rugozității suprafețelor obiectelor metalice, constând din plasarea obiectului într-o cameră vidată cu un electrod de măsurare, suprafața de măsurat constituind un al doilea electrod, măsurarea curentului care rezultă între cei doi electrozi pentru diverse tensiuni aplicate între electrozi și aprecierea parametrilor de rugozitate funcție de curentul măsurat. Metoda are dezavantajul că nu este aplicabilă direct în cazul suprafețelor nemetalice ale obiectelor.

Se mai cunoaște o metodă de control al rugozității suprafețelor, aplicată și în cazul obiectelor nemetalice, constând din plasarea pe suprafața de măsurat a unui element piezoelectric, alimentat de la un generator de înaltă frecvență, reglarea tensiunii generatorului până când elementul piezoelectric alunecă pe suprafața de măsurat și aprecierea rugozității funcție de tensiunea măsurată, pe baza unei curbe determinată experimental. Metoda are dezavantajul că nu se pot obține informații privind amplitudinea ondulațiilor într-un plan perpendicular pe suprafața substratului și totodată nu este aplicabilă în domeniul rugozităților mici.

Problema pe care o rezolvă invenția este realizarea unei metode care să permită evaluarea rugozităților mici ale suprafeței substraturilor dielectrice în domeniul sute de A 4-2,5 /im, prin determinarea amplitudinii ondulațiilor într-un plan perpendicular pe suprafață.

Metoda pentru evaluarea rugozităților mici ale suprafeței substraturilor dielectrice înlătură dezavantajele de mai sus, prin aceea că, în scopul obținerii de informații privind amplitudinea ondulațiilor într-un plan perpendicular pe suprafața substratului și al extinderii domeniului de caracterizare, într-o primă fază, un strat rezistiv de nichel-crom, cu compoziția în domeniul (40:60) - (80:20) și cu grosimea de la câteva sute până la 1000 Â este depus simultan, prin evaporare instantanee în vid înalt sau prin pulverizare catodică, pe un substrat etalon cu rugozitate foarte mică, practic, fără rugozitate și pe substratul de caracterizat, cantitatea de material rezistiv corespunzătoare unității de suprafață la scară macroscopică, distribuindu-se pe o suprafață mai mare la scară microscopică în cazul substratului cu rugozitate, având ca efect micșorarea grosimii stratului rezistiv, într-o a doua fază se determină valorile medii ale rezistenței pe pătrat prin măsurarea raportului V/I, atât pe suportul etalon , cât și pe suportul de caracterizat, într-o a treia fază se realizează o fotografie a suprafeței substratului de caracterizat, cu ajutorul căreia se determină distanța medie vârf-vârf a ondulațiilor în planul suprafeței, amplitudinea ondulațiilor, într-un plan perpendiucular pe suprafața substratului, rezultând din calcul, în funcție de valorile măsurate.

Metoda pentru evaluarea rugozităților mici ale suprafeței substraturilor dielectrice, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

- este nedistructivă (asigură evaluarea rugozității fără deteriorarea suprafeței);

- utilizează pentru caracterizare o parte din procesele de decapare, depunere, corodare etc., aflate în mod obișnuit pe fluxul de fabricație a componentelor și circuitelor microelectronice bazate pe straturi subțiri;

- permite extinderea domeniului de caracterizare pe mai mult de un ordin de mărime (de la 2,5 /im până la 1000 Â).

în cele ce urmează este descris un exemplu de realizare a invenției în legătură cu figurile 1...3, care reprezintă:

-fig.l, reprezentare schematică la scară microscopică pentru:

a) suprafața substratului etalon (fără rugozitate) și

b) suprafața substratului de caracterizat (cu rugozitate);

- fig.2, determinarea valorilor medii ale raportului V/I din valorile obținute în 9 puncte pe stratul rezistiv de nichel-crom pentru:

a) suprafața substratului etalon și

b) suprafața substratului de caracterizat;

- fig.3, obținerea valorii medii a dis109245 tanței vârf-vârf pe substratul de caracterizat pe o fotografie a suprafeței realizată prin microscopie electronică.

Metoda pentru evaluarea rugozităților mici ale suprafeței substraturilor dielectrice, conform invenției, se desfășoară în următoarele faze:

- faza 1, un strat rezistiv de nichelcrom, cu compoziție în domeniul (40:60) până la (80: 20) și cu grosimi care pot fi de la câteva sute până la 1000 A este depus simultan pe un substrat etalon 1 și pe substratul de caracterizat 2. Depunerea se poate face prin evaporare instantanee în vid înalt sau prin pulverizare catodică.

- faza 2, se determină valorile medii ale rezistenței pe pătrat, definită ca R_a = 4,5 (V/Γ), din valorile medii ale raportului V/I pentru substratul etalon (V7/)_o și pentru substratul de caracterizat (V//)],obținute prin medierea valorilor V/I măsurate în nouă puncte plasate într-o grilă pe suprafața celor două substraturi, așa cum reiese din fig.2 a, respectiv b.

- faza 3, se realizează prin microscopie electronică o fotografie a suprafeței de caracterizat, cu stratul rezistiv depus, pe care se determină distanța medie vârf-vârf (d₀) a ondulațiilor în planul suprafeței, prin măsurarea acestei distanțe în mai multe puncte și calcularea mediei.

Pe baza datelor experimentale obținute în faza 2 și 3 se calculează amplitudinea vârfvale Aj a ondulațiilor într-un plan perpendicular pe suprafață.

în cele ce urmează vor fi făcute unele considerații pe baza cărora a fost dedusă relația matematică pentru calculul amplitudinii vârf-vale a ondulațiilor suprafeței într-un plan perpendicular pe aceasta. Astfel, fig.l conține reprezentările schematice (rezultate prin secționarea cu acest plan) ale suprafeței la scară microscopică. Fig. la corespunde unui substrat etalon 1 a cărui suprafață a fost considerată perfect plană , iar fig.lb unui substrat de caracterizat 2, cu o rugozitate care se presupune a fi în domeniul între 1000 A și câțiva ^m. S-a notat cu h₀ și h_} grosimea unui strat rezistiv 3 de nichel-crom depus pe substratul etalon, respectiv pe cel de caracterizat. La scară microscopică, pe suprafața rugoasă grosimea stratului rezistiv este mai mică decât pe cea netedă, ceea ce înseamnă valori mai mari ale raportului V/I (sau ale rezistentei pe pătrat). în același timp, dacă se ia o lungime d₀ egală cu distanța vârfvârf a ondulațiilor suprafeței substratului rugos, se observă că lungimea reală a liniei de rezistor este mai mare pe substratul rugos. Se precizează că, deși ondulațiile suprafeței au în general o formă neregulată, acestea au fost aproximate cu forma sinusoidală. Notând cu A, amplitudinea vârf-vale a ondulațiilor suprafeței rugoase, cu (V/I)_o și (V/I)_t valorile medii ale acestor raporturi pe substratul etalon, respectiv pe cel rugos, calculele matematice au dus la următoarea relație:

/ _,_\2

Datorită valorilor foarte mici ale rugozității suprafeței, ca etalon a fost ales substratul de sticlă Corning 7059. Se precizează că rugozitățile mai mici de 60 Â, garantate de firma producătoare, sunt de aproape 20 ori mai mici decât minimul domeniului (1000 Â) în care este aplicabilă metoda, astfel încât, la această scară, suprafața reală a substratului Corning 7059 poate fi aproximată cu suprafața netedă reprezentată schematic în fig. la. Estimându-se că, prin lustruire chimică, rugozitățile obținute pot fi de ordinul a mii de Â, ca substrat de caracterizat a fost ales safirul. După o degresare prin ultrasonare succesivă câte 5 min în tricloretilenă, acetonă, respectiv metanol, urmată de o fierbere timp de 24-3h într-o soluție 5% de detergent neionic, cele două substraturi au fost clătite în apă deionizată, după care au fost uscate întâi prin suflare cu jet de azot și apoi în etuvă la 110° C, timp de 1 h. Prin evaporare instantanee în vid înalt sau prin pulverizare catodică, a fost depus un strat rezistiv de Ni-Cr (50: 50) cu grosimea de 500 Â. După efectuarea depunerii, s-au obținut pentru raportul V/I (măsurări în 9 puncte) valorile prezentate în fig.2. Din aceste determinări au fost calculate valorile medii: (V/I)_o = 11,54 0 pentru substratul de sticlă Corning 7059, respectiv (V/I)_I = 12,91Ω pentru substratul de safir.

Fără a îndepărta prin corodare stratul rezistiv de nichel-crom, prin microscopie electronică a fost realizată o fotografie ( cu mărire 6000 ) a suprafeței substratului de safir, această fotografie fiind prezentată în fig.3. Pentru a obține valoarea medie d₀ a distanței vârf-vârf, în planul suprafeței substratului, pe fotografie au fost trasate 100 de segmente vârf-vârf. In etapa următoare, utilizând o riglă de precizie, au fost măsurate lungimile acestor segmente. Din aceste date rezultă o distanță medie vârf-vârf (la scara fotografiei): d_mediu = 6,0505 mm. Având în vedere faptul că fotografia a fost realizată cu o mărire de 6000 ori, rezultă că distanța reală vârf-vârf va fi egală cu 10084 Â.

înlocuind datele obținute în relația (1), rezultă amplitudinea vârf-vale a ondulației Aj = 1700 Â.

Pentru a reduce erorile datorate structurii discontinue a straturilor de nichelcrom cu grosimea de câteva sute de Â, se recomandă utilizarea unor straturi cu valori ale grosimii înjur de 1000 Â (limita de jos la care stratul are o structură continuă). De asemenea, odată ce evaluarea a fost făcută, stratul de nichel-crom poate fi ușor îndepărtat de pe cele două substraturi, prin corodare chimică într-o soluție preparată cu: 164,5 g nitrat de ceriu și amoniu + 43 ml acid percloric + apă deionizată până la 1 1.

Claims (1)

1. Revendicare

   Metodă pentru evaluarea rugozităților mici ale suprafeței substraturilor dielectrice, caracterizată prin aceea ca, în scopul obținerii de informații privind amplitudinea ondulațiilor într-un plan perpendicular pe suprafața substratului și al extinderii domeniului de caracterizare, într-o primă fază, un strat rezistiv de nichel-crom, cu compoziția în domeniul (40:60) - (80:20) și cu grosimea de la câteva sute până la 1000 Â, este depus simultan, prin evaporare instantanee în vid înalt sau prin pulverizare catodică, pe un substrat etalon cu rugozitate foarte mică, practic, fără rugozitate, și pe substratul de caracterizat, cantitatea de material rezistiv corespunzătoare unității de suprafață la scară macroscopică, distribuindu-se pe o suprafață mai mare la scară microscopică în cazul substratului cu rugozitate, având ca efect micșorarea grosimii stratului rezistiv, într-o a doua fază, se determină valorile medii ale rezistenței pe pătrat prin măsurarea raportului V/I atât pe suportul etalon (V/I)_o, cât și pe substratul de caracterizat (V/I)j , într-o a treia fază, prin microscopie electronică se realizează o fotografie a suprafeței substratului de caracterizat, pe care se determină distanța medie vârf-vârf (î/₀) a ondulațiilor în planul suprafeței, amplitudinea ondulațiilor (A,) întrun plan perpendicular pe suprafața substratului rezultând în funcție de valorile măsurate, conform formulei de calcul:

   ¹ )