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The determination of the thickness of ultrathin metal and semiconductor films on conventional semiconductor substrates

1985; Wiley; Volume: 92; Issue: 1 Linguagem: Inglês

10.1002/pssa.2210920110

1521-396X

Y. Q. Sheng, Peter Münz, R. Schultheiss,

Semiconductor materials and devices

In order to measure the thickness or area mass density of ultrathin metal or semiconductor films in the range from about 1 to 15 nm deposited on a conventional semiconductor substrate Si (Zs = 14) or GaAs (Zs = 32) the electron backscattering rate is investigated. The primary energy of the electrons used is 18 keV. A number of metal films are studied both for Zf > Zs and Zf < Zs. It is shown empirically that the relative backscattering rate can be represented in this low thickness limit by the sum of a constant backscattering background due to the substrate and a contribution proportional to the thickness of the metal layer obeying approximately the Rutherford backscattering formula. Based on these investigations an easy to handle method is developed for the rapid and precise determination of the effective thickness of ultrathin metal or semiconductor films on Si or GaAs substrates. Um die Schichtdicke oder Massenbelegung von ultradünnen Metall- oder Halbleiterfilmen im Dickenbereich von ungefähr 1 bis 15 nm, abgeschieden auf übliche Halbleitersubstrate wie Si (Zs = 14) oder GaAs (Zs = 32), zu messen, wird die Elektronenrückstreuung experimentell untersucht. Die benutzte Energie der Primärelektronen beträgt 18 keV. Filme einer Reihe verschiedener Metalle mit sowohl Zf > Zs als auch Zf < Zs werden untersucht. Empirisch wird für den Grenzfall sehr dünner Schichten gefunden, daß die Rückstreurate dargestellt werden kann als Summe aus einem konstanten Untergrund, der dem Substrat zugeschrieben werden kann, und einem Anteil, der der Schichtdicke der Metallschicht proportional ist und annähernd der Rutherford-Streuformel gehorcht. Diese Untersuchungen haben zu einer leicht zu handhabenden, präzisen Methode zur Schichtdickenmessung, sowohl von Metall- als auch Halbleiterfilmen, auf den üblichen Si- und GaAs-Substraten geführt.