Рентгенографический способ выявления дефектов структуры кристаллов Советский патент 1986 года по МПК G01N23/20 

1

Изобретение относится к рентгенографическим методам выявления дефектов структуры реальных кристаллов и может быть использовано в технологии изготовления полупроводниковых прибо ров для неразрушающего контроля дефектов ст.руктуры в тонких (порядка долей микрона) приповерхностных слоях на различных стадиях обработки полупроводниковых пластин (эпитакси- альное наращивание, ионная имплантация,, диффузия и т.п.)

Целью изобретения является получение изображения дефектов структуры в тонких приповерхностных слоях крис талла.

Предлагаемый способ благодаря мно гократному уменьшению длины экстинк- ции позволяет выявлять дефекты структуры в тонких приповерхностных слоях толщиной порядка долей микрона и применим к кристаллам, у которых кристаллографические плоскости с простыми индексами, обычно используемыми в рентгеновской топографии, отклонены от нормали к поверхности на малый- угол. Такими объектами являются широко применяемые в микроэлектронике полупроводниковые пластины Si, Ge, GaAs, вырезанные под углом 3-5° к плоскостям, перпендикулярным оси роста кристалла.

На фиг. 1 представлена схема хода лучей и поворота кристалла; на фиг. 2 - схема регистрации дифрак- ционной картины.

Способ реализуется следующим образом.

Исследуемый кристалл ориентируют в положение дифракционного отражения в геометрии Лауэ для семейства плоскостей, отклоненных от нормали N к поверхности кристалла на угол с (фиг. 1, положение кристалла I), Здесь R Т дифрагированный и прошедший рентгеновские пучки. Далее кристалл поворачивают вокруг вектора дифракции К на угол ,

-2cfsin6g, при котором падаю-

ший и отраженный Кд. рентгеновские пучки образуют малые углы и Ф с входной поверхностью при сохранении условия дифракции от того же семейства кристаллографических плоскостей (положение кристалла II на фиг. 1). Падающий пучок от острофокусного источника коллимируется

5 fO

226209

гориЗ Энтальной ,

I

и вертикальной щелями. Вследствие коне-чного размера вертикальной июли S и малого yrj ca падения на кристалле засвечивается полоска ЛВ , длина которой

-{

и

определяется размером щели величиной угла падения , а ширина полоски АВ определяется размером горизонтальной щели S,. Дифрагированный пучок выходит с входной поверхности кристалла и фиксируется на фотопленке в виде штриха АВ (фиг, 2),, Таким образом, по предлагаемому способу рентгеновской типографии реализуется брэгговская дифракция от лауэвских плоскостей, отклоненных на малый угол от нормали к поверхности кристалла.

При дифракционном отражении рентгеновских лучей в стандартной брэг- говской дифракции на фотопленке регистрируется изображение дефектов структуры кристалла на глубине порядка длины экстинкции Lg, :

2 л

Lex 24yy;7/k/x,b/, О )

где |д и направляющие косинусы падающей и дифрагированной волн;

I 21Г

к.- ---, -длина волны используемо- (1

го излучения;

модуль действительной . части Фурье-компоненты поляризуемости.

Из выражения(1) следует, что уменьшение величины подкоренного выражения приводит к уменьшению длины экстинкции. Углы падения и отражения 9 связаны соотношением 9|, Ф, -2 fsine,, (2) где 0g - брэгговский угол выбранного отражения,

При выполнении условия p ZifsinSf, реализуется схема дифракцин в геометрии Лауз,, а при Р « 2(f sinSg - в геометрии Брэгга. В реальных условиях эксперимента следует учитывать наличие вертикальной расходимости падающего излучения и тот факт, что величина д ограничена со стороны больших углов переходом в геометрию Лауз.

В результате при дифракции в скользящей геометрии благодаря многократному уменьшению длины зкстинкции на топограмме фиксируется изображение тонкого приповерхностного слоя толщиной долей микрона. Например , в сл)гчае дифракционного отражения в скользящей геометрии для (.220)-отражения от кремния на СиК„излучении при ср 3,8° , а i 1 ,5°,

ex

0,136 мкм, в то время как в стандартной брэгговской геометрии для того же отражения L 2,16 мкм.

Линейное разрешение предлагаемого способа такого же порядка, как и в традиционных методах рентгеновской топографии, составляет 5-10 мкм. Дефекты структуры проявляются на топо- граммах областями как повышенной, так и пониженной интенсивности.

Таким образом, преимуществом предлагаемого способа является выявление дефектов структуры приповерхностных слоев толщиной порядка десятых долей микрона в стандартных полупроводниковых пластинах, у которых кристаллографические плоскости с малыми индексами, обычно используемыми в рентгеновской топографии, отклонены от нормали к поверхности кристалла на малый угол, в то время как известные способы рентгеновской топографии не позволяют отличать дефекты структуры вблизи поверхности от дефектов в объеме кристалла.

Кроме того, в микроэлектронной промьшшенности широко применяются

12262094

полупроводниковые пластины, кристаллографическая геометрия которых позволяет легко реализовать предлагаемый рентгенографический метод.

Формула изоб р-е тения

Рентгенографический способ выявления дефектов структуры кристаллов,

заключающийся в том, что исследуемый кристалл облучают коллимированным рентгеновским пучком, вьшодят в отражающее положение и фиксируют дифракционную картину на фотопленку,

отличающийся тем, что, с целью получения изображения дефектов в тонких приповерхностных сло- ях, в качестве отражающих плоскостей выбирают плоскости, отклоненные

от нормали к поверхности на малый угол 3-5 , кристалл выводят в отражающее положение так, чтобы падающий Рд И отраженный Р рентгеновские пучки составляли скользящие углы

с входной поверхностью кристалла при у.словии

Р, Ф,-2срз1пеБ, где ОБ - угол Брэгга.

Изобретение относится к Области исследования реальной структуры монокристаллов методом рентгеновской типографии. Способ позволяет выявлять -дефекты структуры в тонких приповерхностных слоях порядка долей микрона. Исследуемый кристалл выводят в положение дифракционного отражения в геометрии Лауэ для плоскостей, отклоненных от нормали к поверхности на угол 3-5°. Далее поворачивают кристалл вокруг вектора дифракции до положения , при котором падающий и отраженный рентгеновские пучки обра- .зуют малые углы с его входной поверхностью при сохранении условия дифракции для тех же кристаллографических плоскостей. Дифрагированный пучок при этом выходит с входной поверхности кристалла и фиксируется на фотопленке в виде штриха. Благодаря многократному уменьшению длины экстинкции на топограмме фиксируется изображение тонкого приповерхностного слоя порядка долей микрона. 2 ил. с 1р (Л N:) to а tsD

Фиг.1

Фотопленка