Спосіб контролю товщини діелектричних плівок

Винахід відноситься до області електронної техніки ; мікроелектроніки, конкретно до неруйнуючого контролю тонких ПЛІВОК. Найбільш близьким є спосіб контролю товщини діелектричної плівки, згідно якого на поверхні діелектричної плівки послідовно розміщують шар нематичного рідкого кристалу (НРК) І покрівне скло з оптично прозорою металізацією. На металізацію подається лінійно наростаюча напруга, фіксується момент переорієнтації шару НРК і по напрузі переорієнтації визначається товщина діелектричної плівки. Спосіб грунтується на тому, що шар НРК переорієнтовується при певній напрузі, яку називають порогового (Uпор ), В залежності від товщини і питомого опору діелектричної плівки, напруга на зразку, при якій НРК переорієнтується, буде різною. Суттєвим недоліком вказаного способу є великі електричні поля, що виникають в діелектричній плівці в процесі контролю товщини. Ці поля можуть привести до пробою діелектричної плівки, тобто до втрати якості, а сам спосіб не може вважатись неруйнуючим. Покажемо це на прикладі І для розрахунку виберемо типові характеристики НРК І діелектрика, позначивши їх індексами "н" І "д" відповідно. Нехай товщина шару НРК Ін = 20 · 10-6м; питомий опір рн= 108 Ом · м; відповідно Ід = 0,1 · 10-6 м; рд=10130м · м. Для типових НРК порогові напруги переорієнтації лежать в межах 2-10В; і тому виберемо середнє значення Unop = 5В. Таким порогом характеризується типовий представник НРК -Μ Б БА (метоксі-бензіліден-пбутиланілін). При лінійно наростаючій напрузі напружєність електричного поля в діелектричній плівці Ε визначається,як і при вказаних вище параметрах буде рівна 2,5 · 10 В/см, що перевищує поле пробою окислів кремнію. При цьому зовнішня напруга буде в 500 раз перевищувати Unop . А це в свою чергу складає великі технічні труднощі при подачі на зразок напруг порядка 103 - 104 В. Слід сказати, що можливість пробою накладає обмеження і на питомий опір контрольованого діелектрика - для діелектриків з більшим питомим опором імовірність пробою зростає. Метою даного винаходу є запобігання пробою діелектричної плівки в процесі контролю її товщини. Для реалізації цієї мети пропонується контроль товщини діелектричної плівки проводити при сталій напрузі, момент переорієнтації НРК фіксувати при зміні частоти цієї напруги, а товщину діелектричної плівки визначити за частотою переорієнтації. В колі змінного струму стр уктуру "НРК-діелектрик" можна представити, як послідовне з'єднання двох R-C контурів. В цьому випадку поле в діелектричній плівці буде залежати ще І від частоти де εΗ, εд - відповідно діелектричні проникливості; (w- циклічна частота (w = 27pn). Для вказаних вище параметрів і частоти ν= 50 Гц Ед = 4 · 105 В/см, що на три порядки менше, ніж у випадку лінійно зростаючої напруги. Наведемо конкретні приклади реалізації запропонованого способу контролю діелектричних плівок. Приклад 1. На пластину кремнію (Si), покриту плівкою окислу SiO2, наносимо шар нематичного рідкого кристалу МББА товщиною 20 мкм. Товщину шар у НРК задаємс каліброваними фторопластовими прокладками. Для більш точної фіксації моменту переорієнтації молекули в шарі НРК можуть бути зорієнтовані в одному напрямі, наприклад, з допомогою поверхнево-активних речовини - лецитіну. На шар НРК накладається покрівне скло з оптично прозорою електропровідною плівкою, оберненою до НРК. Підготовлений зразок помішується на столик мікроскопа, що працює у відбитому поляризованому світлі. До кремнієвої пластини і до оптично прозорої електропровідної плівки підключається генератор змінного струму (ГЗ-34; Г5-56 І т.д.). На генераторі встановлюється певна напруга, наприклад, U=2Unop, тобто U=10B. Якщо при цьому переорієнтація НРК не відбулась, то, не змінюючи напругу, відви щують частоту на генераторі до моменту переорієнтації НРК. Сам момент переорієнтації фіксують по зміні яскравості відбитого шаром НРК світла, візуально, або з допомогою фотоприймача, встановленого на окулярі мікроскопа. Приклад 2. При встановленні на генераторі певної напруги U шар НРК переорієнтовується. В цьому випадку при незмінній напрузі знижують частоту до моменту повернення НРК в початковий стач (при U=0). В обох випадках частота переорієнтації ωпор ~Ід. Проградуювавши НРК над діелектриком відомої товщини Іо І визначивши для нього частоту переорієнтації легко визначити товщину контрольованого діелектрика Ід за частотою переорієнтації Крім вказаної вище переваги - зменшення Імовірності пробою діелектрика контролюючою напругою, описаний спосіб дозволяє без зміни в послідовності операційпроконтролювати наявність дефектів в діелектрику, Для цього при досягненні частоти переорієнтації НРК частоту або напругу на генераторі зменшують. Переорієнтація НРК на поверхні діелектрика при цьому не відбувається, але в місцях дефектів, що відрізняються питомим опором (відкриті І закриті пори, локальні підвищення провідності, металічні включення) відбувається локальна переорієнтація НРК. В поляризованому світлі ці області мають вигляд коноскопічних фігур з осьовою симетрією.