Способ определения структурных характеристик монокристаллов Советский патент 1985 года по МПК G01N23/20 

1

Изобретение относится к рентгеноструктурному анализу монокристаллов с нарушенными поверхностньми слоями и может использоваться в технологии полупроводниковых приборов для контроля совершенства полупроводников при различных технологических обработках поверхности (диффузия., ионная Имплантация и др.).

Известен способ опредепения структурного совершенства тон- , ких приповерхностных, слоев монокристаллов, заключающийся в. том, что образец, помещенный в ва- суумный объем облучают коллимированньм и монохроматизированным рентгеновским излучением так, что удовлетворяются условия дифракции в геометрии Брэгга, вращают кристалл вокруг точного угла Брэгга и с помощью детекторов рентгеновского излучения и электронов одновременно исследуют угловую зависимость .интенсивности дифрагированного рентгеновского излучения и фотоэмиссии электронов. Этот способ позволяет исследовать структуру приповерхностных слоев толщиной от нескольких десятых микрон до нескольких микрон и определять относительные изменения параметра решетки в поверхностном слое в направлениях, перпендшсулярных поверхности образца, с точностью до .

Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования структурньгх характеристик монокристаллов, заключающийся в том, что образец облучают коллимирова.нным и монохроматизированным пзчком рентгеновско,го излучения, ориентируют кристалл в положение, соответствующее дифракционному отражению в геометрии Лауэ, вращая кристалл вокруг оси, перпендикулярной плоскости дифракций, исследуют угловое распределение интенсивности вторичного (флуоресцентного) с входной и выходной плоскостей кристалла. Этот способ позволяет исследовать структуру поверхности в направлениях, параллельных поверхности кристалла 2.

Недостаток известного способа большая глубина выхода флуоресцентного излучения, 10-15 мм, больше экстинциоиной длины, что ведет к увелич.ению толщины исследуемого слоя.

Цель изобретепия - расошрение области прошенения путем обеспече335192

ния возможности исследования структурного совершенства тонких приповерхностных слоев в кристаллографических направлениях, параллельных 5 поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения структурных характеристик монокристаллов, заключающемуся в том,

10 что образе- облучают коллимированным пучком Монохроматического рентгеновского излучения, ориентируют кристалл в положение;, соответствующее .дифракционному отражению в геометрии

J5 Лауэ, монокристалл поворачивают вокруг вектора обратной решетки на угол, при котором выполняется

условие L ех Лее Я ек э стинкционная длина рентгеновского нэ

0 лучения Lgf - глубина выхода электронов из монокристалла, затем вращают кристалл вокруг оси, пёрнендикулярной плоскости дифракции, и измеряет угловое распределение интенсивности фотоэлектронов при -указанном угле прошедшего (Т) и отраженного (Ю рентгеновских лучей,

Этот способ позволяет измерять относительные изменения в межплос0 костных расстояниях в кристаллографических направлениях, параллельных поверхности кристалла на глубине, определяемой глубиной выхода электронов 0,2-0,3 мкм, с точностью до

J 4-10, характерной для вторичных процессов.

На фиг.1 представлено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - схема; поясняюQ щая эксперимент.

Устройство содержит источник 1 рентгеновского излучения, кристаллмонохроматор 2, исследуемый.кристалл 3, гониометр 4, счетчики 5 и 6 рентгеновского излучения, детектор 7 электронов ВЭУ-6, ось гониометра 8.

Способ реализуется следующим образом.

Рентгеновское излучение из ис0 точника 1 падает на кристалл-монохроматор 2, находящийся в положении, удовлетворяющем условию дифракции в геометрии Брэгга. Монохроматизированное и коллимиррванное излучение 5 падает под малым углом 1-5° на исследуемый кристалл 3, сориентированный в положение, удовлетворяющее дифракционным условиям в геометрии Лауэ, находящийся на оси гониометра 8, Отраженный R и прошедший Т рент.-еновские лучи фиксируются счетчика ми 5 и 6 рентгеновского излучения. Интенсивность эмиссии фотоэлектронов фиксируется стандартным детекто ром электронов (ВЭУ-6). Способ заключается в следующем. Как известно, при дифракции рентгеновских лучей в совершенных кристаллах образуется единое волновое поле, представляющее собой суперпозицию падающей и дифрагированной волн. При этом пространственное распределение максимумов и минимумов интенсивности этой волны относи тельно атомных плоскостей суще.ствен но зависит от угла падения иэлучения на кристалл. Это приводит к ано мальной угловой зависимости сечений неупругих процессов, сопровождающих дифракцию рентгеновских лучей. Так как эмиссия фотоэлектронов происходит с малой глубины порядка долей микрона для различных волн -рентгеновского излучения, то регист рируются слабые изменения межплоскостных расстояний в тонком приповерхностном слое. В Лауэ-геометрии в обычных условиях длина э кстинкции L g , т.е. расстояние, на котором амплитуды па дающей и диафрагированной волн становятся сравнимыми по величине, много больше глубины выхода фотоэлектронов Lgj, в этом случае можно ожидать лишь слабого проявления ано малий выхода фотоэлектронов. Просты поворотом кристалла вокруг вектора обратной решетки можно значительно уменьшить длину экстиикции, что при даёт фотоэмиссионной кривой дисперсионный характер. , где - длина волны используемого излученияJ у - косинус угла между .внутрен ней нормалью и волновым вектором падающей волны; |Хр - модуль действительной част Фурье-компоненты поляризуемости. В этом случае, например, для Ge (220), облзД1аемого СуК - излучение для которого Lee 0,2 мкм, при угле падения рентгеновского излучения на образец 2 L 0,15 мкм и Таким образом выявляется еще одно преимуществопредлагае- : мой методики - возможность корреляции между исследуемым слоем и осталь-, ной частью образца, т,е. фотоэмиссионная кривая отражает структуру исследуемого приповерхностного слоя вне зависимости от остальной части .кристалла,так как структура: поля начинает проявляться на глубинах, меньших глубины вькода электронов. Исследуемый кристалл вьфезан по плоскостям (Ш ) и установлен в полож нии дифракционного отражения в геометрии Лауэ, т.е. отражающими плоскостями являются плоскости (220). Здесь падающее рентгеновское излучение;; Т и R - соответственно прошедший и отраженный лучи, Q угол Брэгга для плоскостей (220). Поворотом кристалла вокруг оси 00, параллельной вектору обратной решетки, на угол 85-89° добиваются того, что угол падения относительно поверхности становится 1-5° ( - фотоэлектроны). После того, как угол входа рентгеновского излучения на кристалл .составит величину, удовлетворяющук условию кристалл помещается в вакуумный объем, где поддерживается вакуум порядка 10 торр. Коллимированное и монохроматизированное излучение падает на исследуемый кристалл, который отклоняется от положения точного угла Брэгга для исследуемых плоскостей. Полученные кривые фотоэмиссии электронов в явном виде отражают структуру волнового поля на глубине выхода электронов. Изменением длины волны рентгеновского излучения можно варьировать эту глубину. При условии структура волнового ПОЛЯ на глубине Lg не зависит от состояния остальной части кристалла, поэтому необходимо выбрать тот интервал углов, при котором условие Ьех е сохраняется. В известном способе глубина выхода вторичного излучения составляет несколько десятков микрон, тогда как в предлагаемом способе глубина выхода электронов составляет 0,2-2 мкм для целого ряда кристаллов, а также имеет ся то важное преимущество, что возможна корреляция между исследуемым слоем и остальной частью образца.

I 11335196

Прёдлагаемьй способ позволяет про-кристаллографических направлениях,

водить более широкий контроль запараллельных поверхности. Так, nor

качеством поверхности элементов твер-верхностный слой, идеальный

детальной микроэлектроники, так какпо одним кристаллографическим направпозволяет выявлять структурные изме-5 лениям, может быть нарушен по другим

нения в приповерхностном слое внаправлениям.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТ НЫХ, ХАРАКТЕРИСТИК МОНОКРИСТАЛЛОВ, заключающийся в облучении монокрис талла коллимированным пучком монохроматического рентгеновского излучения, ориентации монокристалла в положение, соответствующее дифракционному отражению в геометрии Лауэ, и исследовании углового распределения интенсивности вторично-эмиссионного излучения путем вращения кристалла вокруг оси, перпендикулярной плоскости дифракции, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью расширения области его применения путем обеспечения возможности исследования структурного совершенства тонких приповерхностных слоев в кристаллографических направлениях, параллельных поверхности, монокристалл поворачивают вокруг вектора обратной решетки до угла, отвечающего условию , где Lg - экстинкционная длина рентгеновского излученияj L gg - глубина выхода электронов из монокристалла, и измеряют угловое -. распределение интенсивности фотоэлектронов при указанном угле.