各種介質、半導體和金屬的薄膜,在電子工業、光學工業和化學工業等得到了廣泛的應用。膜層的厚度對器件或儀器的性能有直接影響。例如用于硅徽型電路的介質層的厚度和成分,對半導體工業具有很大的重要性,這些膜層的厚度將決定集成電路器件的性能和可靠性。
采用平面工藝制造的集成電路,通常在硅襯底或硅片上有一層熱生長的二氧化硅絕緣層這薄薄的二氧化硅介質層使得硅襯底的表面態密度降到***小,并且通過防止PN結吸收沾污氣而使硅表面穩定。在M0S器件中,二氧化硅層的厚度決定著器件的開啟電壓。在硅片上某區域過厚的硅氧化層,將會引起該區域開啟電壓的增加,甚至硅片上二氧化硅層厚度的少量變化也會導致元件失配,從而降低器件的靈繁度。因此對各種膜厚的測量及生產過程在線檢測與控制,提供靈敏度和準確度高的檢測手段尤為重要。膜厚的范圍已從微米級進入納米級。例如集成電路中各種純化膜已由100mm級進人10m級以下,物質結構研究中早已接近01m級。對于從微米到毫微米各種膜厚的測量方法很多,其分類主要有
1)機槭法稱量法、機被探針法、光學機被法及磨角染色測微法等
2)電學法磨角電探針法、電阻法、電容電感法、晶體振蕩法及電子射線法等。
3)光電法光電極值法(變厚、變角、變波長)、干涉法、偏光法、全息法、X光法、以及掃描電子顯微鏡、俄歇電子譜儀等。
以上諸方法中,以光電法應用***為普遍,其中不少方法可以達到納米級的糟度。
稱量法可檢測各種膜厚,對測量大面積薄膜有較高的精度和較大的范圍,并可邊鍍邊測實現自動監控,故至今仍被用于真空鍍膜工藝中。機械探針法可配合杠桿放大器和電子放大器進行測量,這種方法具有亞微米級精度和較大測量的范圍,但需將膜層開槽才能進行探測。用光學比較儀(參見本書第9章第2節)與無鍍層基片進行比較直接讀出膜厚,由于采用光學杠桿放大機構,可測出0.m的膜厚。線電阻法可鍍細長參考片,參考片的長度、寬度固定,并以其他方法預測出鍵片膜厚與電阻的反比關系,即可由電阻直接給出厚度,故可邊鍍邊測,有較高精度。電探針法可測出面電阻換算出膜厚。磨角電探針法與磨角染色法都是靠磨出小角度進行測量。染色或電探針則是為了指示膜層與基片的分界線。對于測量PN結的寬度很有使用價值,但精度不高。電容法是用來測價質膜,電感法可測金屬鍍層。
光電極值法是目前工業中常用的方法之一,半導體工業中可用來測氧化膜、氮化硅膜、鐵版膜、乳膠膜等膜層厚度。
