各种介质、半导体和金属的薄膜,在电子工业、光学工业和化学工业等得到了广泛的应用。膜层的厚度对器件或仪器的性能有直接影响。例如用于硅徽型电路的介质层的厚度和成分,对半导体工业具有很大的重要性,这些膜层的厚度将决定集成电路器件的性能和可靠性。
采用平面工艺制造的集成电路,通常在硅衬底或硅片上有一层热生长的二氧化硅绝缘层这薄薄的二氧化硅介质层使得硅衬底的表面态密度降到***小,并且通过防止PN结吸收沾污气而使硅表面稳定。在M0S器件中,二氧化硅层的厚度决定着器件的开启电压。在硅片上某区域过厚的硅氧化层,将会引起该区域开启电压的增加,甚至硅片上二氧化硅层厚度的少量变化也会导致元件失配,从而降低器件的灵繁度。因此对各种膜厚的测量及生产过程在线检测与控制,提供灵敏度和准确度高的检测手段尤为重要。膜厚的范围已从微米级进入纳米级。例如集成电路中各种纯化膜已由100mm级进人10m级以下,物质结构研究中早已接近01m级。对于从微米到毫微米各种膜厚的测量方法很多,其分类主要有
1)机槭法称量法、机被探针法、光学机被法及磨角染色测微法等
2)电学法磨角电探针法、电阻法、电容电感法、晶体振荡法及电子射线法等。
3)光电法光电极值法(变厚、变角、变波长)、干涉法、偏光法、全息法、X光法、以及扫描电子显微镜、俄歇电子谱仪等。
以上诸方法中,以光电法应用***为普遍,其中不少方法可以达到纳米级的糟度。
称量法可检测各种膜厚,对测量大面积薄膜有较高的精度和较大的范围,并可边镀边测实现自动监控,故至今仍被用于真空镀膜工艺中。机械探针法可配合杠杆放大器和电子放大器进行测量,这种方法具有亚微米级精度和较大测量的范围,但需将膜层开槽才能进行探测。用光学比较仪(参见本书第9章第2节)与无镀层基片进行比较直接读出膜厚,由于采用光学杠杆放大机构,可测出0.m的膜厚。线电阻法可镀细长参考片,参考片的长度、宽度固定,并以其他方法预测出键片膜厚与电阻的反比关系,即可由电阻直接给出厚度,故可边镀边测,有较高精度。电探针法可测出面电阻换算出膜厚。磨角电探针法与磨角染色法都是靠磨出小角度进行测量。染色或电探针则是为了指示膜层与基片的分界线。对于测量PN结的宽度很有使用价值,但精度不高。电容法是用来测价质膜,电感法可测金属镀层。
光电极值法是目前工业中常用的方法之一,半导体工业中可用来测氧化膜、氮化硅膜、铁版膜、乳胶膜等膜层厚度。
