Способ изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии

Способ изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Техническое решение относится к измерительной технике для проведения исследований профилей топографических особенностей поверхности, в частности для измерений высоты ступенчатых особенностей на гладких поверхностях посредством механических, или электронных, или оптических измеряющих профиль инструментов. Решение может быть использовано для усовершенствования работы инструментов, измеряющих высоту рельефа поверхности, в качестве высотного калибровочного стандарта, а также может быть использовано для сертификации высотных стандартов.

Известен способ изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии (патент США №6218264 на изобретение, МПК: 7 H01L 21/311), заключающийся в том, что подготавливают пластину монокристаллического материала, вытравливают канавки различной ширины в приповерхностной области указанной пластины, затем их заполняют материалом, в отношении которого селективность травления значительно больше, чем у монокристаллического материала пластины, после этого формируют рельефную структуру, при этом, сначала, селективно удаляя монокристаллический материал на заданную глубину, изготавливают выступающую над поверхностью монокристаллического материала рельефную особенность из материала, заполняющего канавки, затем изготавливают вторую рельефную особенность в виде углубления, селективно маскируя часть изготовленной выступающей рельефной особенности и селективно стравливая материал, заполняющий канавки, из которого изготовлена выступающая рельефная особенность, до поверхности монокристаллического материала и далее вглубь. В качестве монокристаллического материала пластины используют кремний. В способе вытравливают канавки различной ширины в приповерхностной области указанной пластины посредством того, что на поверхности пластины кремния формируют маску с рисунком, края которой ориентированы параллельно кристаллографической плоскости пластины кремния (111), затем проводят анизотропное травление и изготавливают канавки с поверхностью дна в виде расположенных под углом друг к другу плоскостей (111) и вертикальными стенками. В качестве материала, в отношении которого селективность травления значительно больше, чем у монокристаллического материала пластины, и которым заполняют канавки, используют двуокись кремния и нитрид кремния. После заполнения канавок материалом, с поверхности пластины указанный материал удаляют.

Приведенным техническим решением невозможно обеспечить:

- достижение воспроизводимости измерений измеряющего профиль инструмента;

- повышение точности определения высоты особенностей рельефа, обеспечение погрешности измерений в 0,05 нм и менее (ошибка в 0,05% при измерении высоты 100 нм) измеряющего профиль инструмента;

- обеспечение возможности калибровки по калибровочным стандартам высотой от 0,314 до 31,4 нм с одинаковой точностью.

Основная причина, препятствующая реализации указанного, заключается в использовании химического травления при изготовлении данного стандарта, которое обуславливает формирование критических неконтролируемых поверхностных особенностей стандарта, влияя на разрешающую способность измеряющего профиль инструмента.

Известен другой, взятый в качестве наиболее близкого, аналог - способ изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии (патент США №5599464 на изобретение, МПК: 6 C03C 15/00), заключающийся в том, что подготавливают полупроводниковую пластину с ориентацией поверхности, совпадающей с главной кристаллографической плоскостью, затем на поверхности пластины формируют слой окисла, в отношении которого создают рисунок матрицы ступенчатых особенностей, отделенных друг от друга участками, после этого проводят сквозное травление окисного слоя до пластины, защищая при этом указанные участки и изготавливая ступенчатые особенности в виде окон, в которых выращивают слой естественного окисла толщиной существенно меньшей, чем исходный указанный слой окисла, и, наконец, с пластины удаляют весь окисел, создавая тем самым вертикальные топографические особенности с размерностью в атомной шкале масштабов. В качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния, на которой термическим окислением формируют слой окиси кремния толщиной от 0,8 до 10 нм. Естественный окисел SiO₂ выращивают толщиной от 0,8 до 5 нм. В способе вертикальные топографические особенности с размерностью в атомной шкале масштабов создают высотой менее 1 нм. Указанные вертикальные топографические особенности на поверхности пластины размещены с плотностью порядка одного миллиона на сантиметр квадратный.

Приведенным аналогом невозможно обеспечить:

- достижение воспроизводимости измерений измеряющего профиль инструмента;

- повышение точности определения высоты особенностей рельефа, обеспечение погрешности измерений в 0,05 нм и менее (ошибка в 0,05% при измерении высоты 100 нм) измеряющего профиль инструмента;

- обеспечение возможности калибровки по калибровочным стандартам высотой от 0,314 до 31,4 нм с одинаковой точностью.

Причины, препятствующие реализации указанного, заключаются в следующем. Во-первых, в использовании химического травления при изготовлении данного стандарта, что обуславливает неконтролируемые поверхностные особенности стандарта, влияющие на разрешающую способность измеряющего профиль инструмента. Во-вторых, в наличии неконтролируемой однородности микрошероховатости по большой площади. В-третьих, в невозможности создания группы мер с суммарной высотой, равной высоте известных мер.

Техническим результатом предлагаемого решения является:

- достижение воспроизводимости измерений измеряющего профиль инструмента;

- повышение точности определения высоты особенностей рельефа, обеспечение погрешности измерений в 0,05 нм и менее (ошибка в 0,05% при измерении высоты 100 нм) измеряющего профиль инструмента;

- обеспечение возможности калибровки по калибровочным стандартам высотой от 0,314 до 31,4 нм с одинаковой точностью.

Технический результат достигается в способе изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии, заключающемся в том, что подготавливают полупроводниковую пластину, причем полупроводниковую пластину подготавливают с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, а также непрерывным положительным градиентом высот от нижней до верхней террас, затем пластину помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала пластины в вакуум при термоэлектрическом отжиге, после чего проводят термоэлектрический отжиг, при котором сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, в направлении от нижней террасы к верхней или в направлении от верхней террасы к нижней, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, затем при термоэлектрическом отжиге направляют нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности.

В способе в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния.

В способе полупроводниковую пластину подготавливают с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации, равным от 0°0′20″ до 5°, включительно.

В способе пластину помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов в вакуум при термоэлектрическом отжиге, с остаточным давлением менее 10^-8 Торр.

В способе перед проведением термоэлектрического отжига осуществляют предварительный термоэлектрический отжиг, представляющий собой очистку пластины от естественного окисла и загрязнений посредством термоэлектрического прогрева при температуре от 1300°C до 1410°C, включительно, в течение 1 минуты и более.

В способе в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, формируют равномерно распределенные по поверхности моноатомные ступени с шириной террас 10±8 мкм.

В способе проводят термоэлектрический отжиг, при котором сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры от 832°C до 1050°C, включительно, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно от 40000000 до 80000 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

В способе проводят термоэлектрический отжиг, при котором сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры от 1050°C до 1250°C, включительно, в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно от 80000 до 2000 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

В способе проводят термоэлектрический отжиг, при котором сначала через пластину пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала пластины до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, а именно до температуры от 1250°C до 1350°C, включительно, влечение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности пластины с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных террасами, сформированными с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности воспроизводимо и с высокой точностью, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, а именно от 2000 до 200 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

В способе затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной от 4,44×10^-6 до 0,0066 МС/с, включительно, с соответствием большего потока большей температуре, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры от 832°C до 1050°C, включительно, причем пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней, воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени от 1400000 до 2000 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

В способе затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной от 0,0066 до 0,8126 МС/с, включительно, с соответствием большего потока большей температуре, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры от 1050°C до 1250°C, включительно, причем пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней, воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени от 2000 до 200 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

В способе затем при термоэлектрическом отжиге направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал пластины, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, используя поток величиной от 0,8126 до 5,772 МС/с, включительно, с соответствием большего потока большей температуре, и пропуская через пластину постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры от 1250°C до 1350°C, включительно, причем пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами в направлении от верхней террасы к нижней, воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, а именно в течение промежутка времени от 200 до 20 с, включительно, с соответствием большего времени меньшей температуре.

В способе формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, обеспечивают высотой, равной произведению высоты моноатомной ступени, составляющей 0,314 нм, и количества моноатомных ступеней в скоплении.

В способе количество моноатомных ступеней в скоплении формируют от 1 до 100 включительно.

В способе при формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, скопления формируют с заданием расстояния между участками моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в скоплении, составляющего более 20 нм.

В способе при формировании скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которых сформированы террасы, обеспечивающие воспроизводимые и с высокой точностью измерения высоты рельефа поверхности, террасы формируют шириной 10±8 мкм.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.

На Фиг.1 схематически показана последовательность основных стадий процесса изготовления ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии: а) исходная стадия; б) стадия очистки поверхности подложки от естественного окисла и загрязнений при нагревании ее до 1300°C посредством пропускания постоянного электрического тока, характеризующаяся движением на поверхности подложки ступеней в направлении от нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, к верхней террасе, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, за счет сублимации; в) стадия формирования областей на поверхности подложки с высокой плотностью ступеней и появления равномерно распределенных по поверхности подложки моноатомных ступеней, разделенных относительно широкими террасами, - одиночных ступеней при нагревании, например, от 1050 до 1250°C посредством пропускания постоянного электрического тока и выдержке при указанной температуре не менее 200 секунд; г) стадия формирования участков, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней, - участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, по обе стороны от которого в направлении, соединяющем верхнюю и нижнюю террасы этого участка, находятся позволяющие воспроизводимо с высокой точностью измерять высоты рельефа поверхности террасы; где 1 - подложка, 2 - естественный окисел и загрязнения, 3 - рабочая поверхность подложки, разориентированная от кристаллической плоскости (111), 4 - условное обозначение кристаллической плоскости (111), 5 - условное указание угла разориентации от 0°0′20″ до 5°, 6 - верхняя терраса рабочей поверхности подложки, наиболее удаленная от нерабочей поверхности подложки, 7 - нижняя терраса рабочей поверхности подложки, наименее удаленная от нерабочей поверхности подложки, 8 и 9 - держатели подложки, обеспечивающие электрический контакт, 10 - вакуумная камера, 11 - источник электрического питания, 12 - моноатомная ступень (ступень высотой 0,314 нм, отделенная относительно широкими террасами - шириной 10±8 мкм), 13 - участок с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелон) (участок с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот).

На Фиг.2 схематически представлена динамика формирования участка с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот на примере одной моноатомной ступени:

а) процесс перераспределения моноатомных ступеней (высотой 0,314 нм), движущихся со скоростью V, разделенных относительно широкими террасами (10±8 мкм), при пропускании постоянного электрического тока, приводящего к нагреву, где 12 - моноатомная ступень;

б) процесс окончания формирования равномерно распределенных по поверхности подложки моноатомных ступеней, разделенных относительно широкими террасами, и появления участка с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелона) в области одиночной ступени, расположенной между участками с повышенной плотностью ступеней; на изображении в направлении сверху вниз последовательно представлены профиль концентрации адатомов на террасе между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами), поперечное сечение образца со сформированной моноатомной ступенью, расположенной между скоплениями моноатомных ступеней - эшелонами на рабочей поверхности образца с ориентацией (111) и начальной разориентацией на угол от 0°0′20″ до 5° от плоскости (111) после отжига и перераспределения моноатомных ступеней при прогреве пропусканием электрического тока при температуре, превышающей 830°C, например при температуре 1260°C, появление (вид сверху) участка с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, расположение моноатомной ступени в момент времени t₂>t₁, моноатомной ступени в момент времени t₁ между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами) за счет движения разных участков моноатомной ступени с различной скоростью (V₁, V₂) в различных точках поверхности образца, где 1 - подложка, 3 - рабочая поверхность подложки, разориентированная от кристаллической плоскости (111), 4 - условное обозначение кристаллической плоскости (111), 5 - условное указание угла разориентации от 0°0′20″ до 5°, 12 - моноатомная ступень, 12' - моноатомная ступень в момент времени t₁, 12″ - моноатомная ступень в момент времени t₂>t₁, 14 - скопление моноатомных ступеней (эшелон), 15 - участок моноатомной ступени с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот;

в) процесс формирования участка с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелона) в результате противоположно направленных скоростей различных точек моноатомной ступени при термоэлектрическом отжиге с направлением на нагреваемую электрическим током поверхность потока атомов того же сорта, что и материал подложки, - кремния, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, при постоянном электрическом токе величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки, например, до температуры 1260°C, на изображении в направлении сверху вниз последовательно представлены профиль концентрации адатомов на террасе между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами) в момент времени t₃, ниже профиля - моноатомная ступень в момент времени t₂>t₁, увеличение участка с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот за счет увеличения длины моноатомной ступени, соответствующей моноатомной ступени в момент времени t₃>t₂, моноатомная ступень в момент времени t₁ между скоплениями моноатомных ступеней (эшелонами), где 12′ - моноатомная ступень в момент времени t₁, 12″ - моноатомная ступень в момент времени t₂>t₁, 12′′′ - моноатомная ступень в момент времени t₃>t₂, 14 - скопление моноатомных ступеней (эшелон).

На Фиг.3 показаны изображения ступенчатой поверхности подложки кремния (111) с углом разориентации 0°8′, полученное методом атомно-силовой микроскопии в режиме фазового контраста последовательных стадий формирования скоплений участков ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелонов) - (а-в) и увеличения количества ступеней в скоплениях (антиэшелонах) - (в-д).

На Фиг.4 показано изображение участка ступенчатой поверхности подложки кремния (111) с углом разориентации 2°, с антиэшелоном из моноатомных ступеней, содержащим 70 ступеней, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, полученное методом атомно-силовой микроскопии: (а) топографическое; (б) фазовый контраст; (в) спектр высот данной области (количественное распределение точек по высотам), показывающий, что расстояние между крайними пиками, соответствующими широким террасам по краям антиэшелона, составляет величину 22,03±0,05 нм и что это соответствует высоте 70 моноатомных ступеней, высота каждой из которых равна 0,314 нм.

На Фиг.5 показаны: (а) изображение участка ступенчатой поверхности подложки кремния (111) с углом разориентации 0°40′, с антиэшелоном ступеней, содержащим 16 ступеней, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, полученное методом атомно-силовой микроскопии в режиме фазового контраста; (б) спектр высот данной области (количественное распределение точек по высотам), показывающий, что расстояние между крайними пиками, соответствующими широким террасам по краям антиэшелона, составляет величину 5,03±0,05 нм, и что это соответствует высоте 16 моноатомных ступеней высотой 0,314 нм.

На Фиг.6 показаны: изображение участка ступенчатой поверхности подложки кремния (111) с углом разориентации 0°5′, с антиэшелоном ступеней, содержащим 10 ступеней, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, полученное методом атомно-силовой микроскопии в режиме топографии: а) топографическое; б) фазовый контраст; в) спектр высот данной области (количественное распределение точек по высотам), показывающий, что расстояние между крайними пиками, соответствующим широким террасам по краям антиэшелона, составляет величину 3,14±0,05 нм, и что это соответствует высоте 10 моноатомных ступеней высотой 0,314 нм.

На Фиг.7 показаны: (а) изображение участка ступенчатой поверхности подложки кремния (111) с углом разориентации 1°, с антиэшелоном ступеней, содержащим 58 ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, полученное методом атомно-силовой микроскопии в режиме фазового контраста; (б) спектр высот данной области (количественное распределение точек по высотам), показывающий, что расстояние между крайними пиками, соответствующими широким террасам по краям антиэшелона, составляет величину 18,21±0,05 нм, и что это соответствует высоте 58 моноатомных ступеней высотой 0,314 нм.

На Фиг.8 показаны: полученное высокоразрешающей электронной микроскопией (ВРЭМ) изображение моноатомной степени на поверхности Si толстого образца, профили интенсивности, взятые ниже и выше от моноатомной ступени - (а), соответствующий Фурье спектр - (б), наложенные профили друг на друга профили интенсивности - (в).

Достижение технического результата в предлагаемом изобретении базируется на следующих предпосылках.

Во-первых, на использовании контролируемой самоорганизации моноатомных ступеней на поверхности полупроводниковой пластины (подложки или кристалла) за счет эффекта электромиграции адатомов по поверхности при термоэлектрическом отжиге подложки, осуществляемом путем пропускания постоянного электрического тока, вызывающего нагрев и отжиг, что приводит к перераспределению моноатомных ступеней и формированию широких террас (шириной 10±8 мкм) (см. Фиг.1 а)-в) и Фиг.2 а)). Получаемые моноатомные ступени 12 равномерно распределены по поверхности полупроводниковой платины (подложки 1) и разделены относительно широкими террасами, образуя одиночные ступени.

Во-вторых, на использовании последующего контролируемого изгиба моноатомных ступеней 12, разделенных широкими террасами (10±8 мкм), и появления в результате изгиба участков на отдельных моноатомных ступенях, расположенных между скоплениями моноатомных ступеней 14 (эшелонами), с противоположно направленным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (см. Фиг.2 б), позиция 15 - участок моноатомной ступени с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот). Появление участка моноатомной ступени с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот 15 обусловлено различной скоростью движения частей ступеней в различных точках поверхности подложки 1. Скорость движения частей моноатомной ступени 12 регулируется за счет изменения профиля концентрации адсорбированных на поверхности при температурах выше 830°C атомов вследствие эффекта электромиграции (увлечения заряженных адатомов силой, зависящей от приложенного электрического поля при термоэлектрическом отжиге подложки, осуществляемом путем пропускания постоянного электрического тока).

В-третьих, на использовании эффекта смещения участков моноатомных ступеней с противоположно направленным относительно начального, отрицательным, градиентом высот в центральную область, расположенную между соседними скоплениями моноатомных ступеней 14 - эшелонами, и последующего скопления таких участков с установлением расстояния между ними более 20±5 нм (см. Фиг.1 г), позиция 13 - участок с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелон) (участок с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот)). При этом расстояние 20±5 нм больше стандартного диаметра закругления зонда для атомно-силовой микроскопии и профилометрии. Указанный эффект достигается при термоэлектрическом отжиге во внешнем потоке атомов того же сорта, что и материал подложки, сопоставимом или равном потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации, в частности, атомов кремния. Величина потока атомов на поверхность выбирается достаточной для компенсации потока атомов, удаляющихся с поверхности в процессе сублимации из-за движения участков ступеней слева и справа от центральной области между скоплениями моноатомных ступеней 14 - эшелонами в противоположных направлениях за счет изменений профиля концентрации адсорбированных на поверхности при температурах выше 830°C атомов вследствие эффекта электромиграции (увлечения заряженных адатомов силой, зависящей от приложенного электрического поля при термоэлектрическом отжиге подложки, осуществляемом путем пропускания постоянного электрического тока) (см. Фиг.2 в) и Фиг.3).

Таким образом, на основании использования приведенных предпосылок обеспечивается изготовление с достижением технического результата ступенчатого высотного калибровочного стандарта. Участки поверхности подложки 1, содержащие скопления участков ступеней с противоположным начальному, отрицательным, градиентом высот (антиэшелонов) (см. Фиг.1 г), позиция 13 - участок с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелон) (участок с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот)), разделенных террасами более 20±5 нм (чем меньше ступеней в скоплении, тем больше расстояние между ними), отделены от скоплений ступеней с начальным, положительным, градиентом высот (эшелонов) (см. Фиг.2, позиция 14 - скопление моноатомных ступеней (эшелон)) относительно широкими террасами (5±4 мкм) (см. Фиг.1 г)). Такие участки, содержащие n моноатомных ступеней (число n определяется по изображению, полученному калиброванным или калибруемым прибором) и являются калибровочным эталоном стандарта, созданным с той же точностью, что и эталон высоты 0,314 нм. Высота, равная произведению n и 0,314 (высота моноатомной ступени в нм), составляет новую калибровочную меру. Отметим, что использование в качестве эталона скоплений ступеней с начальным, положительным, градиентом высот (эшелонов) (см. Фиг.2, позиция 14 - скопление моноатомных ступеней (эшелон)) не представляется возможным, вследствие невозможности подсчета по получаемому изображению количества ступеней в скоплениях (эшелонах) из-за малых (единицы нм) расстояний между ступенями в случаях, в которых количество ступеней велико и относительно узкие террасы (менее 1 мкм) по бокам от скоплений при малых количествах ступеней в них, что и не позволяет измерить высоту эталона с высокой точностью.

Для создания ступенчатой калибровочной меры нанометрового диапазона (от 0,314 до 31,4) для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии основополагающее значение играет реализация первой из указанных предпосылок, что обеспечивает формирование области полупроводниковой пластины (подложки 1) (см. Фиг.1 и 2) с требуемыми плотностью и распределением моноатомных ступеней. Эта часть способа изготовления стандарта (или первый этап) является подготовительной, поскольку закладывается основа для создания указанной калибровочной меры. Необходимость формирования области подложки с требуемыми плотностью и распределением моноатомных ступеней, ее основополагающее значение, объясняется следующими причинами.

Во-первых, формирование участков на ступенях с отрицательным градиентом высот (см. Фиг.2, 15 - участок моноатомной ступени с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот) наблюдается только после формирования участков на поверхности с низкой плотностью ступеней (одиночных, моноатомных ступеней 12, см. Фиг.1) между участками с высокой плотностью ступеней (эшелонами) (см. Фиг.2, позиция 14 - скопление моноатомных ступеней (эшелон)).

Во-вторых, ширина террас сверху и снизу от создаваемого эталона (тест-объекта) (антиэшелона) (см. Фиг.1 г), позиция 13 - участок с моноатомными ступенями с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот (антиэшелон) (участок с моноатомными ступенями в количестве n штук с n>1, отделенными террасами шириной более 20±5 нм, с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот)) определяет погрешность измерения высоты эталона, что поясняется нижеследующим.

Плотность ступеней на единицу длины для тест-объекта задается геометрическим размером измерительного зонда (радиус кривизны иглы) и отношением размера зонда к ширине террас. При этом ошибка измерений складывается из си