Способ определения ориентации монокристаллических пластин Советский патент 1984 года по МПК G01N23/20 

:... ..;.. ..:.-:.., ..-::-; ч.,;.. ;, :v Изобретение относится к методам нераэрушающего контроля материалов и; может быть использовано в электрон ной технике при изготовлении полупро водниковых приборов , Совместная технология изготовлени микроэлектронных устройств предъявляет высокие требования к точности ориентации вырезаннрй из слитка плас тины, что важно для дальнейших TiexHo логических операций, например направ ленной диффузии, наращивания зпитаксиальных слоев и др., и в конечном счете влияет на процент выхода полупроводниковых приборов. Известен способ определения ориен тации монокристаллических пластин на основе дифракции рентгеновского излу чения t . Способ состоит в том, что образец облучают коллимированным .немойохрома тическим пучком рентгеновских лучей, падающим перпендикулярно поверхности пластины. На фотопленке получают дифракционную картину (лаузграмму), которая формируется в результате дифракции излучения на множестве атомных сеток. При 3том атомная плоскост наклоненная к поверхности пластины под углом , отразит рентгеновские лучи под углом . Недостатком данного способа является низкая точность ориентации (не превышает 1). Наиболее близким к предлагаемому является способ определения ориентации монокристаллических пластин, включающий облучение пластины пучком излучения, установку пластины в отра жающее положение под углом Брэгга, последующее вращение пластины в азимутальной плоскости и определение угла отклонения нормали отражающих плоскостей от оси вращения. В этом способе образец облучают коллимированным пучком характеристического рентгеновского излучения. Образец Поворачивают вокруг вертикал ной оси гониометра и одновременно вращают в азимутальной.плоскости. При попадании вектора обратной решетки на плоскость рассеяния дифрагированный пучок фиксирутотся в детек торе (возникает рефлекс). Если искомая система атомньгх плоскостей распо ложена под углом 6 к поверхности пластины, то в течение одного оборота в азимутальной плоскости рефлекс 7 появляется дважды: один раз при угле образца в, - QB Второй раз при ®г ®Б Измеряют 9 и j Угол .отклонения вектора обратной решетки (нормали к отражающим плоскостям) от оси вращения определяют с помощью соотношения 6 (0j-9,) 2 . Однако .точность определения ориентации пластин с помощью известного способа составляет около 5 вследствие слабой чувствительности положения рефлекса к отклонениям вектора обратной решетки в вертикальной плоскости (перпендикулярной к плоскости рассеяния). Соответствующая зависимость является квадратичной по углу отклонения. Цель изобретения - повышение точности определения ориентации монокристалличёских пластин. Поставленная цель достигается тем,. что согласно способу определения ориентации монокристаплических пластин, включающему облучение пластины пучком излучения, установку ее в отражающее положение под углом Брэгга, последующее вращение пла;стины в ази- мутальной плоскости и определение угла отклонения нормали отражающих плоскостей от оси вращения, на пластину направляют пучок мессбауэровского излучения, облучая При этом по крайней мере область, не лежащую на оси вращения, измеряют интенсивность дифракции, когда источник излучения и резонансный поглотитель, помещенный на пути рассеянного пучка, находятся в резонансе и вне резонанса, для покоящейся пластины и вращающейся в азимутальной плоскости, а угол S рассчитывают по измеренным интенсивносТям дифракции. При облучении области пластины в виде круга с центром на оси вращения и угол находят по формуле Гг )f ikiU Uk,:-i«VJ J I - интенсивности дифракции вне резонанса и в резонансе для покоящейся пластины; I - интенсивности дифракции вне резонанса и в резонансе для вращающейся пластины; CO - частота вращенияj Г - ширина мессбауэровской линии; |kl - величина вектора о6,рат ной решетки; R - радиус облучаемой области пластины. --( . . . , ,-.-В предлагаемом способе пластину помещают на гониометр в отражающее положение, облучают пучком месС:бауэровского излучения. Дифрагированный пучок фиксируют детектором, установленным под двойным углом Брэгга. На пути дифрагированного пучка ставят резонансный поглотитель, содержащий мессбауэровские ядра, а налогичные имеющимся в источнике излучения. Из меряют две интенсивности рассеяния (ц И во ) когда ядерные уровни мессбаУэровского изотопа в источнике излучения и поглотителе находятся в резонансе и вне резонанса. Разница этих двух измерений IO IPO-1 ц пропор циональна интенсивности когерентного рассеяния без изменения энергии у-квантов. Пластину вращают в азимутальной плоскости и сноба измеряют интенсивности дифракции в резонансе .д и вне резонанса 1«) при определе ной частоте вращенияW. Разница 1, Iff) IR зависит от частоты u и угла отклонения S . Сущность изоб1 етения состоит в том, что при дифракций мессбауэровского излучения на вращаю щейся монокристаллической пластине рассеянные кванты получают дополнительный энергетический допплеровский сдвиг (по сравнению с дифракцией на покоящейся пластине) AE(Vk), где V - линейная скоро :ть участка пласти ны, н котором происходит акт рассея ния, k - вектор обратной решетки, соответствующий выбранному рефлексу. ЕсЛи направление вектора k совпадает с осью вращения (что соответствует точной-ориентации плястины относительно фиксированного направления в пространстве), то вектора V и k всегда перпендикулярны и сдвиг при любой частоте вращения СО . В этом случае разница 1 Ijjo - IR Ij, не зависит от частоты СО . Если же вектор k составляет угол с осью врашения пластины, то допплеровский сдвиг эне гии у -квантов Е пропорционален частоте W и углу , вследствие чего часть рассеянных квантов выходит из условия резонанса и величина 1, быстро уменьшается с ростом СО . Для получения функциональной зависимости между измеряемьми интенсивностями дифракции и углом отклонения нужно провести усреднение допплеровского сдвига ЛЕ по облучаемой области пластины и учесть долю рассеянных квантов, попадающих в детектор при фиксированных коллимациях пучков излучения. Для осуществления .способа . необходимо, чтоьы облучаемая область пластины содержала участки, не лежащие на ОСИ: вращения, в противном случае (т.е. при точном попадании очень УЗКОГО иучка излучения на ось вращения) 7 0 и, следователь 1о, й. при любом угле . В противоположность способу-прототипу, где точность определения угла повьш1ается при уменьшении размеров выходной щели, в предлагаемом способе желательно регистрировать возможно большую часть дифрагированного пучка, чтобы детектором были зафиксированы у-кванты с большими допплеровскими сдвигами E, т.е. увеличивать апертуру детектора. Наиболее простой вид расчетной формулы для угла получается, когда облучаемая область имеет вид круга радиуса R с центром на оси вращения и весь дифрагированный пучок регист рируется детектором. В этом случае, измеряя разницу интенсивностей дифракции покоящейся пластины и ДЛЯ вращающейся с частотой со в азимутальной плоскости (1 -ijp-l ),, определяк т угол отклонения нормали к отражающим плоскостям (вектора обратной решетки) от оси вращения по формуле (,1 COR W L л I J с помощью предложенного способа проводят .определение ориентации монокристаллических пластин кремНия и германия на мессбауэррвском дифракто-метре. Источником излучения служит изотоп Со (в .хроме, активность 7,4-10 БК длина волны /А 0,86 А, ширина мессбауэрской линии Г 2 ) Поглотитель - нержавеющая сталь то.г1-щиной . Радиус пластин кремния мм, германия мм. Иэмсряк-т отношение интенсивностей 1,/1о при различных частотах w для рефлексов (220) и (111). Вращение осуществляют двигателем. В качестве рабочей частоты для определения угла по расчетной формуле выбирают частоту (Jp, соответствующую точке перегиба кривой I,(wl/lo . При этом достигается максимальная чувствительность .способа к определению углов отклон ния . Значения рабочих частот dip для различных углов отклонения векторов обратной решетки {ill и f220 от оси вращения сведены в таблицу , Вследствие уникальной монохроматичности мессбауэровского излучения (т.е. малости ширины мессбауэровской линии Г ) требуемые скорости вращения пластины относительно невелики. Из таблицы видно, что рабочая частота вращения даже для угла , равного. 10, составляет несколько тысяч об/мин и вполне технически реализуется с помощью электродвигателей, выпускаемых промьшленностью. Предлагаемый способ в отличие от прототипа и других рентгеновски;; способов определения ориентации основан на измерении не углов дифракции, а интенсивностей когерентного рассеяния мессбауэровского излучения в зависимости от частоты вращения пластины. Благодаря уникальной монохроматичности мессбауэровского излучения можно выделить у-кванты, получившие при рассеянии дополнительт 1Й допплеровский сдвиг энергии, пропорциональный углу и за счет этого примерно в 10 раз повысить точность определения ориентации монокристаллических пластин. Использование широких слабоколлимированных пучков излучения позволяет отказаться от применения сложных и зо дефицитных рентгеновских гониометров с точными угловыми отсчетами.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛАСТИН, включающий облучение пластины пучком излучения, установку ее в отражающее положение под углом Брэгга, последующее вращение пластины в азимутальной плоскости и определение угла отклонения В нормали отражающих плоскостей от оси вращения, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности определения ориентации, на пластину направляют пучок мессбауэровского излучения, облучая при этом по крайней мере область, не лежащую на оси вращения, измеряют интенсивность дифракции, когда источник излучения и резонансный поглотитель, помещенный на пути рассеянного пучка, на одятся в резонансе и вне резонанса,, для покоящейся пластины и вращающейся в азимутальной плоское- (5 ти, а угол рассчитывают по изме(П ренным интенсивностям дифракции.