Способ определения структурных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов Советский патент 1984 года по МПК G01N23/20 

«1 Изобретение относится к рентгенов скому анализу монокристаллов с нарушенными поверхностными слоями и може использоваться в технологии полупроводниковых приборов для контроля режимов обработки поверхностных слоев. Известен способ исследования стру турного совершенства тонких приповерхностных слоев монокристаллов, за ключающийся в том, что образец облучают коллимированным рентгеновским излучением так, что удовлетворяются условия дифракции в геометрии Брэгга затем поворачивают его на малые углы в обе стороны от точного брэгговского положения и с помощью вращающегося кристалла-анализатора и установленного за ним детектора исследуют зависимость интенсивности дифрагированных волн от угла выхода к поверхкости кристалла l. Этот способ позволяет исследовать структуру поверхностных слоев тол1циной порядка длины экстинкции (т.е. в диапазоне .0,5-10 мкм) рентгеновского излучения в кристалле и определять относительные изменения параметра решетки в поверхностном слое, с точностью до 10 . Наиболее близким к предлагаемому является способ определения структур ных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов, заключающийся в том, что исследуемый крис талл облучают коллимированным пучком рентгеновского излучения так, что удовлетворяются условия дифракции в геометрии Лауэ, выводят в положение, соответствующее дифракционному отражению в условиях полного внешнего от ражения, путем поворота исследуемого кристалла и измеряют интенсивность дифрагированного излучения, и для различных углов падения исследуют угловое распределение интенсивности зеркальной компоненты дифрагированной волны в плоскости дифракции, параллельной поверхности, посредством синхронного вращения кристалла и детектора со щелью на углы 0 и 29 вокруг нормали.к поверхности кристалла а для фиксации угла падения, помимо вертикальной щели, , выделяющей направления в плоскости дифракции, . устанавливают также горизонтальную щель zj . Этот способ позволяет исследовать структуру поверхностных слоев глуби262ной на 2-3 порядка меньше,чем вьппеуказанный способ. Недостатком известного способа является необходимость коллимации падающего излучения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, что сопpoвoждaetcя большой потерей интенсивности излучения и даже при грубой коллимации, обеспечивающей измерение относительных изменений параметра решетки в слое с точностью до 10, требует привлечения мощных источников рентгеновского излучения, типа источников с вращающимся анодом. Цель изобретения - повьщ1ение точности измерений и снижение энергозатрат. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения структурных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов, заключающемуся в том, что исследуемый кристалл облучают коллимированным пучком рентгеновского излучения, выводят в положение, соответствующее дифракционному отражению в условиях полного внешнего отражения, путем поворота исследуемого кристалла и измег ряют интенсивность дифрагированного излучения, по которому судят о структурных характеристиках, пучок коллимируют только перпендикулярно плоскости дифракции и интенсивность дифрагированного излучения в плоскости дифракции измеряют при неподвижном кристалле в зависимости от угла выхода дифрагированного излучения с поверхностью кристалла. Кроме того, для различных углов выхода к поверхности кристалла измеряют зависимость интенсивности зеркальной компоненты от угла падения. На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа. Схема включает источник излучения 1, кристалл-монохроматор 2, щель 3, исследуемый кристалл 4, детектор 5 с щелью 6 и детектор 7 с щелью 8. Способ осуществляется следующим образом. Пучок рентгеновских лучей от источника 1 мощностью 2 кВт направляется на кристалл-монохроматор 2 под углом Брэгга S. Далее отраженный от кристалл-монохроматора луч падает на исследуемый кристалл 4 под малым скользящим углом Р , испытывая дифракцию по Лауэ на плоскостях, перпендикулярных к входной поверхности исследуемо го кристалла. Детектор 5 регистрирует дифрагированные волны с разлишшми углами выхода из пов1 кности цфис талла. На детекторе 5 установлена щель 6 с переменным окном, которая позволяет вьоделить из всего диалаяюна углов достаточно узкую обяасгь Размером щели 3 определяется фронта пучка, падающего на исследуемый кристалл. На детекто| е 7 укреплена щель 8 шириной 50 Ktji. Это пензволяет раздельно регист| н о вать проходящую и зеркально оЧразвенную волны. Расходимость рентгеновского пушса в горизонтальной плоскости определяется кривой отражения крщтг ла и составляет, например, для кристаллов кремния около 0,1 -0,2. Очевидно, малое значение угла скольжения может быть Легко достигнуто всле твие малой расходимости излучения в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости коллимац:ия отсутст вует и расходимость пучка лимитируется конструкцией спектрометра. Поскольку падающее излучение не коллимировано в плоскости дифракции то из кристалла одновременно выходит набор зеркально отраженных дифрагированных волн, соответствующих различным отклонениям от точного условия Брэгга. Исходя из граничных условий для волновых векторов на поверхности кристалла, можно показать что угол выхода каждой отдельной волны к поверхности кристалла зависит от того, какому отклонению от условия Брэгга она соответствует. Например, если отражающие плоскости перпендикулярны поверхности, то имеет место соотношение угол падения; угол выхода зеркально отраженно дифрагированной волны; t -281п2бм8в стандартный параметр отклонения от точного усло ВИЯ Брэгга (в. плоскости дифра.кЦйи); 264 SB -угол отклонения от точного условия Брэгга; угол Брэгга. В этой связи исследование интенсивности зеркальной компоненты дифрагированной волны в зависимости от угла выхода, например, с помощью вращающегося детектора со щелью или кристалла-анализатора соответствует исследованию зависимости интенсивности от угла ® отклонения от точного услов 1я Брэгга, но при этом позволяет применить значительно более грубую коллимацию и даёт выигрьш в интенсивности на 3-4 порядка. Действительно, согласно соотношение2Q которое следует из (1), коллимация по углу п с точностью 1 ссотв етствует коллимации по углу б с точностью 10 -10, Коллимация по углу б в способе-прототипе обеспечивается .с помощью кристалла-монохроматора, который позволяет получать угловую расходимость падающего излучения не лучше 1. В прототипе при определении структурных характеристик используются мощные источники излучения, такие как, например, рентгеновская трубка с вращающи1 ся анодом. Указанный источник излучения сопряжен с возможностью возникновения опасности облучения оператора, в силу чего необходимо использовать дополнительные средства защиты от облучения, что в свою очередь требует финансовых затрат . Предложенный способ в отличив от прототипа позволяет использовать источники излучения с малой мощностью, такой, как, например, отпаянная рентгеновскай трубка типа БСВ, что снижает требования к технике безопасности и 5 еньшает энергозатраты, а также повысить точность измерений при onpt делении структурных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов, НТО обеспечивает получение более качественных интегральных схем.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОНКИХ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МОНОКРИСТАЛЛОВ, заклю.чающийся в том, чтб исследуемый кристалл облучают коллимированным пучком рентгеновского .излучения, выводят в положение, соответствующее дифракционному отражению в условиях полного внешнего отражения, путем поворота исследуемого кристалла и измеряют интенсивность дифрагированного излучения , по которому судят о структурных характеристиках, отличающийс я тем, что, с целью повыпения точности измерений и снижения энергозатрат, пучок коллимируют только перпендикулярно плоскости дифракции и интенсивность дифрагированного излучения в плоскости дифракции измеря(Л ют при неподвижном кристалле в зависимости от угла выхода дифрагированного излучения с поверхностью кристалла.