橢圓儀在半導體薄膜測量上之應用研究

Abstract

在本論文中，橢圓儀被成功地運用於量測各種常用於積體電路製程之薄膜及結構。 首先，我們建立了多角度入射橢圓儀系統並量測了超薄氧化層，發現突轉不連續的 模型最適於氧化層與矽晶片之介面特性，應用此方法，矽晶片上表面俱生之氧化層 。 厚度可以被精確量測出來，在氧化層厚度低於 100Ａ時其折射係數會增加很快，一 個在線性區域簡單之經驗式亦被提出，多角度入射橢圓儀也應用於量測在經離子佈 植過之矽晶片上之薄膜厚度，經離子佈植過矽晶片之等效折射係數變化很大，實驗 結果發現較高之佈植能量及較低佈植量有較高之等效折射係數，應用多角度入射之 方法，我們從一些發表之數據中確定了InP 及其氧化物之折射係數，其值分別為 3.550-i0.307及1.60，之外，我們也量測了非晶矽及複晶矽之光學特性及厚度，由 。 模擬發現，在底層氧化層厚度為200－300Ａ及入射角度為66－72度時，有效高之靈 敏度，實驗結果發現非晶矽經過1000℃，20分鐘或 600℃，５小時退火後會成為穩 定之複晶矽，這過程中，其厚度會有明顯之縮小，其幅度約為 3.5—8.0﹪ 。再者 ，多角度入射橢圓儀也應用於量測半絕緣複晶矽之折射係數，實驗結果發現太大之 N□O/SiH□比例會阻礙微細矽晶粒形成，Auger 分析也証實了此種現象，橢圓儀也 應用於量測氮氧結構在經不同溫度及時間經溼氧氧化之等效折射係數圖。實驗結果 。 發現當矽化氮厚度小於 250Ａ時，溫度在900-1050℃，30-120分鐘其氧化過程是線 性的，一個有用且簡單方法也被提出來量測非晶矽及複晶矽薄膜，此種方法是將薄 膜沈積在一個斜面氧化層上，如此可以克服一些量測複晶矽薄膜之問題。另外一個 多層堆疊結構也被發展出以克服量測未知數大於二之系統。此種多層堆疊結構被成 功地應用於量測Pt/SiO□,poly-oxide/poly-Si/SiO□/Si系統，其厚度並由多角度 入射橢圓儀及TEM 確認。最後，我們提出零層模式以決定一個吸收性薄膜最低不透 光厚度。此種方法也被應用於研究鋁－矽及鋁(1﹪ Si)矽之介面。實驗結果發現， 此介面層之厚度會隨溫度增加而增加，對鋁矽而言，其介面層鋁之成功會隨溫度增 加而減少，而鋁(1﹪ Si)矽之介面則增加，此種現象可以由鋁不同之擴散方向來解 釋。