13.01.2017
217.015.8918

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОРИСТОГО СЛОЯ ПО ИЗМЕНЕНИЯМ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРИ АДСОРБЦИИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области измерений температуры тонких поверхностных слоев, в частности пористого диэлектрического слоя в химической промышленности (катализ), при изготовлении оптических и химических сенсоров, а так же в процессе криогенного травления диэлектриков в технологии микроэлектроники. Заявлен бесконтактный способ измерения температуры пористого слоя, характеризующийся тем, что температура пористого слоя определяется по калибровочным графикам зависимости показателя преломления пористого слоя от температуры при постоянном давлении паров выбранных химических соединений, адсорбирующихся в пористом слое, рассчитанным на основе экспериментальных графиков зависимости показателя преломления пористого слоя от относительного давления летучих паров в этом слое при комнатной температуре. Технический результат - повышение точности получаемых результатов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Изобретение относится к области измерений температуры тонких поверхностных слоев, в частности пористого диэлектрического слоя в химической промышленности (катализ), при изготовлении оптических и химических сенсоров, а так же при криогенном травлении в технологии микроэлектроники.

Уровень техники

Из предшествующего уровня техники известен способ определения температуры поверхности с помощью термохромных пленочных датчиков температуры, содержащий термохромный индикатор на жидкокристаллической пленке, оптически связанный с осветителем, включающим в себя источник света и конденсор, светофильтр с регулируемой длиной волны пропускания, блок управления светофильтром, многоэлементный фотоприемник, регистратор, соединенный с блоком управления светофильтром, объектив, расположенный между фотоприемником и термохромным индикатором и блок выделения максимума сигнала, входы которого соединены с фотоприемником, а выходы - с регистратором, а с целью повышения точности измерения, в него введены дополнительный фотоприемник, установленный после светофильтра с регулируемой длиной волны пропускания, и блок регулировки чувствительности многоэлементного фотоприемника, вход которого соединен с выходом дополнительного фотоприемника [1]. Недостатком этого способа является отсутствие низкотемпературных термохромных датчиков температуры и необходимость их нанесения на поверхность.

Также известно устройство бесконтактного измерения температуры, содержащее оптическую систему, на оптической оси которой расположен блок спектрального разложения, формирующий изображение спектра излучения на поверхности детектора, выход которого соединен с процессорным блоком, отличающееся тем, что детектор выполнен в виде матрицы приемников, границы которой превышают возможные перемещения границ изображения спектра излучения, а выход каждого из приемников через детектор соединен с соответствующим входом процессорного блока, выполненного с возможностью поиска максимального значения выходного сигнала приемника по матрице приемников, возможностью определения максимального значения производной выходных сигналов приемников по матрице приемников и возможностью вычисления температуры по отношению максимального значения производной выходных сигналов по матрице приемников к максимальному значению выходного сигнала приемника по матрице приемников с учетом коэффициента пропорциональности [2]. Этот способ предназначен для измерения нагретых поверхностей, вплоть до очень высоких температур. Недостатком этого способа является сложность, недостаточная точность, а в некоторых случаях и невозможность измерения криогенных температур.

Известен способ применения эллипсометрии для измерения температуры кремния в среде с быстрой термической обработкой. Эта методика основана на эллипсометрических измерениях показателя преломления кремния, а затем определения температуры пластины по известной температурной зависимости показателя преломления. С помощью компьютера, эллипсометрическая система выполняет insitu измерения на подложке тонких пленок в различных атмосферах, при температурах до 1450 K. В качестве источника света используется лазер [3]. Но данный метод не применим для измерения температуры диэлектриков, так как изменения оптических констант диэлектриков незначительны.

В микроэлектронной технологии в настоящее время решаются вопросы по интеграции low-k материалов с диэлектрической постоянной меньше чем 2.5 для суб-10 нм технологических норм. Однако их интеграция встречает значительные трудности, так как пористые low-k диэлектрики деградируют в процессах плазмохимического травления при формировании линий под металлизацию. Активные частицы плазмы диффундируют в поры и изменяют структуру стенки пор. В результате, low-k материал становится гидрофильным при обработке в плазме C6F6, C7F8, C4F8 и значение диэлектрической постоянной возрастает в связи с адсорбцией воды. Недавно изобретенный метод криогенного травления диэлектриков позволяет защитить стенки пор low-k диэлектрика от значительного повреждения их в процессе плазменного травления. Когда травление происходит при низких температурах, реагенты и продукты травления конденсируются в порах и защищают их от проникновения активных радикалов плазмы [4]. Важной проблемой является разработка стандартного подхода для определения истиной температуры пористого слоя. Образец, при травлении, охлаждается с одной стороны, и так как материал пористый, то в нем возникает большой градиент температур, что влечет за собой сложность измерения температуры пленки практическим методом. Используя результаты работ по эллипсометрической порометрии [5], мы можем получить графики зависимости показателя преломления пористого слоя от относительного давления при адсорбции/десорбции толуола или других паров в порах low-k диэлектрика при комнатной температуре.

Предлагается бесконтактный способ измерения температуры пористого слоя, характеризующийся тем, что температура пористого слоя определяется по калибровочным графикам зависимости показателя преломления пористого слоя от температуры при постоянном давлении паров выбранных химических соединений, адсорбирующихся в пористом слое, рассчитанным на основе экспериментальных графиков зависимости показателя преломления пористого слоя от относительного давления летучих паров в этом слое при комнатной температуре.

Цель изобретения

Целью настоящего предлагаемого изобретения является разработка способа измерения температуры пористого слоя на поверхности, используя расчетные зависимости показателя преломления пористого слоя от температуры при постоянном давлении паров, отвечающего современным требованиям по точности, чистоте и доступности в микроэлектронном производстве. Поставленная цель достигается в способе бесконтактного измерения температуры пористого слоя, характеризующемся тем, что температура пористого слоя определяется по калибровочным графикам зависимости показателя преломления пористого слоя от температуры при постоянном давлении паров выбранных химических соединений, адсорбирующихся в пористом слое, рассчитанным на основе экспериментальных графиков зависимости показателя преломления пористого слоя от относительного давления летучих паров в этом слое при комнатной температуре, в частности, выбранные химические вещества могут адсорбироваться в порах low-k диэлектриков на кремниевой подложке, кроме того, в качестве исходного графика зависимости показателя преломления от давления летучих паров может применяться график зависимости показателя преломления от относительного давления летучих паров при адсорбции толуола в пористом слое при комнатной температуре, а в качестве калибровочных графиков зависимости показателя преломления от температуры - графики зависимости показателя преломления от температуры C6F6, C7F8, C4F8.

Осуществление изобретения

Рассмотрим процесс определения температуры пористого слоя на конкретном примере. Исходными данными для определения температуры слоя является график зависимости показателя преломления от относительного давления летучих паров при адсорбции толуола (C7H8), полученный при комнатной температуре, а в результате расчетов будут получены графики зависимости показателя преломления от температуры при адсорбции соединений гексафторбензола (C6F6), октафтортолуола (C7F8) и октафторциклобутана (C4F8) для разных давлений. График зависимости показателя преломления пористого слоя от относительного давления летучих паров при адсорбции толуола измеряется для данного пористого слоя и является экспериментальной зависимостью, которая не может быть представлена в аналитическом виде, а только в виде таблицы или графика. Соответственно, калибровочные графики зависимости показателя преломления пористого слоя от температуры также будет получены в виде таблицы или графика.

На Фиг. 1 представлена зависимость показателя преломления пористого слоя от относительного давления летучих паров при адсорбции толуола в порах диэлектрической пленки на кремниевой подложке при комнатной температуре. Такая пористая пленка используется в современной микроэлектронике как low-k диэлектрик для изоляции проводников в сверхбольших интегральных схемах. Представленная зависимость является исходной для расчетов калибровочных графиков зависимости показателя преломления пористого слоя от температуры соединений C6F6, C7F8, C4F8.

Основой для такого расчета являются представления об адсорбции паров летучих жидкостей в пористых материалах [6]. Согласно этим представлениям, адсорбция в пористых материалах определяется размерами пор, молекулярными характеристиками адсорбирующейся жидкости (адсорбата), относительным давлением паров адсорбата (отношением текущего давления к давлению насыщенных паров адсорбата над плоской поверхностью) и температурой. При изменении относительного давления в пористом материале заполнены те поры, радиус мениска адсорбата в которых меньше радиуса Кельвина, который определяется уравнением:

Здесь Rk - радиус Кельвина, γ - поверхностное натяжение адсорбата, V - молекулярный объем, R - газовая постоянная, T - температура, P - текущее давление, Po - давление насыщенных паров адсорбата. Таким образом, для получения калибровочной зависимости показателя преломления от температуры необходимо на оси абсцисс поставить вместо относительного давления паров - температуру пористой пленки и перенормировать ось ординат, для получения соответствующего показателя преломления. Причем, необходимо вместо давления паров толуола поставить температуру пленки таким образом, чтобы в этой точке у них совпадал радиус Кельвина. То есть мы совмещаем точки на оси X в соответствии с уравнением:

В формуле (2) левая часть - это радиус Кельвина из экспериментальной зависимости, а правая - из калибровочной. Как видно из этой формулы, для пересчета нам надо знать зависимости от температуры поверхностного натяжения γ1(T1), молярного объема Vm1(T1) и давления паров P1(T1). Теперь, используя уравнение Антуана, мы можем рассчитать зависимость давления паров от температуры для интересующей нас области. Расчет плотности производится по формуле (3):

где ρ0 - постоянная плотность при температуре плавления Tmel. Температурный коэффициент α вычисляется по наклону прямой, полученной в результате интерполяции точек зависимости ρ(T) для известной области температур. Молярный объем получается из отношения (4):

Поверхностное натяжение можно посчитать с помощью (5):

где k - постоянный коэффициент, Tcrit - критическая температура. Таким образом, мы можем получить относительно значения давления для интересующих нас химических соединений, переписав формулу (2) в следующем виде:

где γ0, Vm0 - для толуола при T=25°C.

Для перенормировки оси ординат будем считать, что поляризуемость пористого слоя можно определить как сумму двух слагаемых - поляризуемости твердого каркаса, которая не меняется в процессе адсорбции, и изменяющейся поляризуемости объема пор при заполнении их адсорбатом. Если выразить поляризуемость через показатель преломления, то мы получаем уравнение, связывающее заполненный объем пор V и эффективный показатель преломления neff во время адсорбции:

где ns - показатель преломления пустой матрицы, nads - показатель преломления адсорбата.

Приравнивая заполненный объем пор для разных адсорбатов, мы получаем связь между эффективными показателями преломления в следующем виде:

Которое можно преобразовать так:

Обозначив правую часть уравнения (11) как A, получаем окончательное выражение для расчета neff2:

Таким образом, перенормируя ось X на графике зависимости показателя преломления пористого слоя от относительного давления летучих паров при адсорбции толуола в соответствии с формулой (6) для некоторого значения давления паров выбранного адсорбата, а ось Y в соответствии с формулой (10), мы получим калибровочные графики адсорбции для данного пористого слоя. По получившимся калибровочным графикам адсорбции можно определить температуру пористой пленки, то есть каждой величине показателя преломления будет соответствовать истинная температура пористого слоя, в котором происходит адсорбция.

Измерение температуры тонкого слоя пористого диэлектрика имеет большое значение для химической промышленности (катализ), при изготовлении оптических и химических сенсоров, а так же для других областей, где применяются пористые материалы. В частности, измерение температуры тонкого пористого слоя важно в процессе криогенного травления диэлектриков в технологии микроэлектроники.

Наибольший интерес для процессов криогенного травления в современной микроэлектронике представляет диапазон температур от -10°C до -150°C. На Фиг. 2-4 представлены расчетные графики зависимости показателя преломления пористого слоя от температуры при адсорбции C6F6, C7F8, C4F8 в пористых пленках на кремнии. Как видно из этих рисунков, указанный диапазон температур с запасом перекрывается калибровочными графиками адсорбции этих соединений.

Графические изображения, поясняющие сущность изобретения:

Фиг. 1 - График зависимости показателя преломления пористого слоя от относительного давления летучих паров при адсорбции толуола

Фиг. 2 - График зависимости показателя преломления пористого слоя от температуры при адсорбции C6F6 при разных значениях давления в камере

Фиг. 3 - График зависимости показателя преломления пористого слоя от температуры при адсорбции C7F8 при разных значениях давления в камере

Фиг. 4 - График зависимости показателя преломления пористого слоя от температуры при адсорбции C4F8 при разных значениях давления в камере.

Список литературы

[1] Свечников Сергей Васильевич, Каменской Александр Соломонович, Богданович Виктор Борисович, «Устройство для измерения температуры поверхности», патент RU №993048, 11.12.1977.

[2] Бодров Владимир Николаевич, Мельников Борис Сергеевич, Обидин Геннадий Иванович, «Устройство бесконтактного измерения температуры», патент RU №2213942, 10.10.2003.

[3] Y.J. Van der Meulen and N.С. Hien, J. Opt. Soc. Am., 64, 804, 1974.

[4] M.R. Baklanov, F. Iacopi, S. Vanhaelemeersch. PROTECTIVE TREATMENT FOR POROUS MATERIALS, patent US 8,540,890 B2, Sept 24, 2013.

[5] Mogilnikov K., Polovinkin V., Dultsev F., Baklanov M., “Determination of pore size distribution in thin films by ellipsometric porosimetry,” J. Vac. Sci. Tecnol. B, vol. 18, №3, pp. 1385-1391, 2000.

[6] Карнаухов А.П. “Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов”, Новосибирск, “Наука”, 1999.


СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОРИСТОГО СЛОЯ ПО ИЗМЕНЕНИЯМ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРИ АДСОРБЦИИ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОРИСТОГО СЛОЯ ПО ИЗМЕНЕНИЯМ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРИ АДСОРБЦИИ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОРИСТОГО СЛОЯ ПО ИЗМЕНЕНИЯМ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРИ АДСОРБЦИИ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОРИСТОГО СЛОЯ ПО ИЗМЕНЕНИЯМ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРИ АДСОРБЦИИ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 13.
27.02.2013
№216.012.2c7e

Способ изготовления штампа для наноимпринт литографии

Изобретение относится к микроэлектронике, к способам изготовления штампов для наноимпринт литографии с субмикронными и нанометровыми проектными нормами для использования при изготовлении полупроводниковых устройств. Сущность изобретения: для уменьшения неровности края воспроизводимого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476917
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.06.2014
№216.012.d327

Тестовый объект для калибровки микроскопов в микрометровом и нанометровом диапазонах

Изобретение относится к области калибровки оптических цифровых и конфокальных микроскопов, растровых электронных микроскопов и сканирующих зондовых микроскопов при измерении микронных и нанометровых длин отрезков. Тестовый объект для калибровки микроскопов выполнен в виде канавочных структур,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519826
Дата охранного документа: 20.06.2014
20.07.2014
№216.012.dfbe

Способ формирования многоуровневых медных межсоединений интегральных микросхем с использованием вольфрамовой жесткой маски

Изобретение относится к технологии изготовления сверхбольших интегральных схем (СБИС) в части формирования многоуровневых металлических соединений. Способ формирования многоуровневых медных межсоединений СБИС по процессу двойного Дамасцена через двухслойную жесткую маску включает нанесение слоя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523064
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.04.2015
№216.013.39de

Логический вентиль

Изобретение относится к электронике и предназначено для использования в интегральных логических устройствах на комплементарных униполярных полевых транзисторах структуры металл-окисел-полупроводник (МОП) с индуцированными каналами p и n типов проводимости и биполярных транзисторах n-p-n и p-n-p...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546302
Дата охранного документа: 10.04.2015
25.08.2017
№217.015.af9c

Способ формирования системы многоуровневой металлизации на основе вольфрама для высокотемпературных интегральных микросхем

Изобретение относится к области технологии изготовления многоуровневой металлизации сверхбольших интегральных микросхем. В способе формирования системы многоуровневой металлизации для высокотемпературных интегральных микросхем, включающем операции нанесения диэлектрических и металлических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611098
Дата охранного документа: 21.02.2017
25.08.2017
№217.015.ce30

Источник тока

Изобретение относится к электронике и предназначено для использования в интегральных микросхемах на комплементарных транзисторах структуры металл-диэлектрик-полупроводник (КМДП). Технический результат, заключающийся в повышении стабильности вырабатываемого тока по напряжению питания,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620592
Дата охранного документа: 29.05.2017
17.02.2018
№218.016.2e44

Способ изготовления высокотемпературных кмоп кни интегральных схем

Изобретение относится к области технологии изготовления полупроводниковых приборов и сверхбольших интегральных схем на основе кремниевой подложки с использованием скрытого диэлектрика (КНИ), предназначенных для использования в средах с максимальной температурой до 250°С. Сущность изобретения:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643938
Дата охранного документа: 06.02.2018
10.05.2018
№218.016.4331

Ячейка сегнетоэлектрической памяти

Изобретение относится к области устройств энергонезависимой памяти на основе явления сегнетоэлектричества с деструктивным считыванием, к которому предъявляются жесткие требования к ресурсу, времени хранения информации и энергоемкости. В основе изобретения - ячейка сегнетоэлектрической памяти....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649622
Дата охранного документа: 04.04.2018
21.10.2018
№218.016.94b8

Способ формирования локальной захороненной диэлектрической области изоляции активной части транзисторов с трехмерной структурой затвора (finfet)

Изобретение относится к области твердотельной электроники, в частности способам формирования изоляции активной части полевых транзисторов с трехмерной структурой затвора (FinFET). Сущностью изобретения является способ формирования захороненной диэлектрической области изоляции активной части...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002670248
Дата охранного документа: 19.10.2018
24.11.2018
№218.016.a0b3

Источник опорного напряжения

Изобретение относится к электронике и предназначено для использования в интегральных микросхемах на комплементарных транзисторах структуры металл-диэлектрик-полупроводник (КМДП). Его технический результат, заключающийся в повышении стабильности выходного напряжения по напряжению питания,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002673243
Дата охранного документа: 23.11.2018
Показаны записи 1-10 из 11.
27.02.2013
№216.012.2c7e

Способ изготовления штампа для наноимпринт литографии

Изобретение относится к микроэлектронике, к способам изготовления штампов для наноимпринт литографии с субмикронными и нанометровыми проектными нормами для использования при изготовлении полупроводниковых устройств. Сущность изобретения: для уменьшения неровности края воспроизводимого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476917
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.06.2014
№216.012.d327

Тестовый объект для калибровки микроскопов в микрометровом и нанометровом диапазонах

Изобретение относится к области калибровки оптических цифровых и конфокальных микроскопов, растровых электронных микроскопов и сканирующих зондовых микроскопов при измерении микронных и нанометровых длин отрезков. Тестовый объект для калибровки микроскопов выполнен в виде канавочных структур,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519826
Дата охранного документа: 20.06.2014
20.07.2014
№216.012.dfbe

Способ формирования многоуровневых медных межсоединений интегральных микросхем с использованием вольфрамовой жесткой маски

Изобретение относится к технологии изготовления сверхбольших интегральных схем (СБИС) в части формирования многоуровневых металлических соединений. Способ формирования многоуровневых медных межсоединений СБИС по процессу двойного Дамасцена через двухслойную жесткую маску включает нанесение слоя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523064
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.04.2015
№216.013.39de

Логический вентиль

Изобретение относится к электронике и предназначено для использования в интегральных логических устройствах на комплементарных униполярных полевых транзисторах структуры металл-окисел-полупроводник (МОП) с индуцированными каналами p и n типов проводимости и биполярных транзисторах n-p-n и p-n-p...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546302
Дата охранного документа: 10.04.2015
25.08.2017
№217.015.af9c

Способ формирования системы многоуровневой металлизации на основе вольфрама для высокотемпературных интегральных микросхем

Изобретение относится к области технологии изготовления многоуровневой металлизации сверхбольших интегральных микросхем. В способе формирования системы многоуровневой металлизации для высокотемпературных интегральных микросхем, включающем операции нанесения диэлектрических и металлических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611098
Дата охранного документа: 21.02.2017
25.08.2017
№217.015.ce30

Источник тока

Изобретение относится к электронике и предназначено для использования в интегральных микросхемах на комплементарных транзисторах структуры металл-диэлектрик-полупроводник (КМДП). Технический результат, заключающийся в повышении стабильности вырабатываемого тока по напряжению питания,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620592
Дата охранного документа: 29.05.2017
17.02.2018
№218.016.2e44

Способ изготовления высокотемпературных кмоп кни интегральных схем

Изобретение относится к области технологии изготовления полупроводниковых приборов и сверхбольших интегральных схем на основе кремниевой подложки с использованием скрытого диэлектрика (КНИ), предназначенных для использования в средах с максимальной температурой до 250°С. Сущность изобретения:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643938
Дата охранного документа: 06.02.2018
29.05.2018
№218.016.5692

Способ повышения плотности тока и деградационной стойкости автоэмиссионных катодов на кремниевых пластинах

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении изделий светоиндикаторной техники и эмиссионной электроники на основе автоэлектронной эмиссии матрицы многоострийных углеродных эмиттеров на пластинах монокристаллического кремния. Изготовление...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654522
Дата охранного документа: 21.05.2018
23.02.2019
№219.016.c7ae

Тестовый объект для калибровки растровых электронных и сканирующих зондовых микроскопов

Изобретение относится к области измерения малых длин отрезков, характеризующих геометрические параметры профиля элементов рельефа поверхности твердого тела, в нанометровом диапазоне (1-1000 нм), проводимого с помощью растровых электронных (РЭМ) и сканирующих зондовых (СЗМ) микроскопов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002325619
Дата охранного документа: 27.05.2008
10.04.2019
№219.017.0899

Прецизионный детектирующий узел ионизирующего излучения

Изобретение относится к средствам для детектирования ионизирующего излучения, а именно к конструкции детектирующего узла для получения распределения интенсивности принимаемого ионизирующего излучения по пространственной или угловой координате. Технический результат - повышение воспроизводимости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002439618
Дата охранного документа: 10.01.2012

Похожие РИД в системе

+ добавить свой РИД