Способ определения структурных искажений приповерхностных слоев монокристаллов Советский патент 1990 года по МПК G01N23/207 

Изобретение относится к рентге- Нодифракционному анализу приповерхностных слоев монокристаллов и может 0,ыть использовано для анализа воздействия на монокристаллы различных технологических операций (диффузия, ионная имплантация и др.).

Цель изобретения - повышение чувствительности к тонким приповерхностным слоям, расширение возможных

ориентации кристаллов и получение дополнительной информации о нарушенных слоях.

&,

10

20

25

где

30

w

На фиг. 1 приведена схема реализаии способа; на фиг. 2 - зависимоти интенсивности дифрагированного злучения от угла скольжения вблизи гла полного внешнего отражения.

Сушност-ь способа заключается в ледующем.

Рентгеновское излучение от источика 1 падает на кристалл монохрома- ора 2, находящийся в положении, довлетворяющему условию дифракции в геометрии Брэгга. Отраженные от крисалла монохроматора рентгеновские учи коллимируются в горизонтальной ражение лоскости щелью 3 и попадают на исследуемый кристалл 4, который устанавивают под углом Брэгга для выбранного семейства дифракционных плоскостей таким образом, чтобы угол скольения для падающего пучка был больше чем для отраженного,. После получения отражения кристалл А отворачивают от точного положения брэгговского максимума в сторону уменьшения угла скольжения до 0° и измеряют интенсивность отраженного излучения детектором 5 при изменении угла скольжения 0 . Установлено, что, когда угол скольжения излучения с поверхностью кристалла становится близок к углу полного внешнего отражения 4 коэффициент отражения возрастает, достигает максимума при угле скольжения 00 ф а затем спадает до нуля при Интенсивность и форма этого дифракционного зеркального пика (ДЗП) чувствительны как к нарушениям структуры приповерхностного слоя, так и к наличию на поверхности рентгене- аморфного слоя. Поэтому из анализа спадания интенсивности хвоста кривой дифракционного отражения в диапазоне углов скольжения вплоть до 0° можно получить информацию о приповерхностных слоях кристалла толщиной 0,2-50 нм.

На заданном кристалле выбирается семейство кристаллографических плоскостей, составляющих угол Lf с поверхностью кристалла. Это условие необходимо для того, чтобы дифракционное рассеяние пространственно разделилось с лучами, испытывающими простое полное отражение. Поскольку интенсивность ДЗП определяется интенсивностью хвоста кривой дифракционного отражения, то из практических соображений имеет смысл выбирать

угол кли га для в чтобы ин достаточ

Парам (фактор ного сло форму и зеркальн ность х отражени ской мод фициента

PR |У±(

«B(Z)dZ I

Первый с циент от рой - уч в перехо ка (вели ной плен (величин

+ (

о - н- кь

00 о°;

где

35

40

40

l/sin266

yo , Y X , X

45

A(

50

ЛМ

eti

55

W(Z)

if(Z) d

| ражение

угол клина на J-3 меньше угла Брэгга для выбранного порядка отражения, чтобы интенсивность ДЗП была еще достаточно высокой.

Параметры поверхностных слоев (фактор Дебая-Валлера, толщина аморфного слоя) определяют, сравнивая форму и интенсивность дифракционного зеркального пика, а также интенсивность хвоста кривой дифракционного отражения вблизи него с теоретической моделью. Для вычисления коэффициента отражения используют вы

en

ражение

PR |У±(У2-Ь) I U2iykJ A(t)x

( о

«B(Z)dZ| 2. I

Первый сомножитель описывает коэффициент отражения от подложки, а второй - учитывает искажения структуры в переходном слое пленка - подложка (величина B(Z)) и наличие аморфной пленки на поверхности образца (величина A(ta )),

где

w

ражение

Ф-(0 2IHI-C

- 06р40 (х,)),

sin20

еР

, Тъ К W ( 1Г.Г

Уо О

ение

+ (х01/з1п2бБрМ1-Гь/Го),(1-) г

Чг

раже

где

ражение

40(,) (- уиСг, +(т,.

-fit

l/sin266p).,2)

ражение

i +

2ixj,{

xhr

жение

yo , Y, - направляющие косинусы, X , X Фурье компоненты поляриражение

зуемости кристалла, С - поляризационный множитель

A(taM)-eKp {-( i-U.J,

ЛМ

eti

-толщина аморфной пленки,

-толщина переходного слоя

B(Z) exp Ј-W(Z) + iV(Z)+ iqZ),

W(Z) - статический фактор Дебая- Валлера,

if(Z) hU, h - 2 SYd d - межплоскостное расстояние,

Pfn

I (

4d(Z)

) dZ,

.4 Ц - kfl - b, jk/ - 2/ГЛ ,

kh, ke - волновые вектора,

h - вектор обратной решетки. Возможность реализации способа и достижение положительного эффекта подтверждается следующим примером. Исследовалась стандартная кремниевая подложка с ориентацией Јlll}. Выбиралось семейство отражающих плоскостей , которые в этом случае отклонены От поверхности пластины на угол фв 27,6. Угол Брэгга для отра жения (311) и Nk излучения равен 28,6 . На фиг. 2 приведены теоретиче1 ские и экспериментальная зависимости интенсивности дифрагированного излучения ст угла скольжения для исследу емого образца. Кривая 6 - экспериментальная кривая, кривая 7 - теоре- , тическая кривая для идеального кристалла без аморфной пленки, кривая 8- с аморфной пленкой ,-2,0 нм и с расположенным под ней переходным слоем с искаженной структурой (фактор Де- бая-Валлера для слоя равен 0,3) толщиной 1 нм. Хорошо видно, что кривые 1 и 3 удовлетворительно совпадают.

Использование предлагаемого способа позволяет исследовать тонкие приповерхностные слои толщиной 0,2- 50 нм. Для измерений годится произвольно ориентированный кристалл, что сильно расширяет возможности методики. Все эксперименты могут проводиться на стандартной рентгеновакой аппа

83809 6

ратуре без каких-либо переделок с

применением в качестве источника излучений рентгеновских трубок мощностью н более 2 кЕт. 1 5

Формула изобретения

Способ определения структурных искажений приповерхностных слоев моно10 кристаллов, заключающийся в том, что исследуемый кристалл устанавливают в асимметричное брэгговское положение, при этом падающий пучок составляет меньший угол скольжения в срав 5 нении с отраженным, а-, угол наклона кристаллографической плоскости к поверхности кристалла q близок к углу Брэгга 6вр облучают монокристалл монохроматизированным коллимнрован- ным в плоскости дифракции рентгеновским излучением, выводят в положение, соответствующее брэгговскому отражению, записывают кривую распределения интенсивности отраженных рентгеновских лучей при повороте исследуемого кристалла вблизи брэгговского максимума и по ней судят о параметрах нарушенных слоев, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности к тонким приповерхностным слоям кристаллов и получения дополнительной информации о нарушенных слоях, угол ц выбирают из условия 0б р- Ц 1 -3 °, а кривую

5 распределения интенсивности отраженных рентгеновских-лучей записывают в интервале углов скольжения от нуля до критического угла полного внешнего отражения.

20

30

I

-Т

Фиг. 1

Изобретение относится к рентгенодифракционному анализу приповерхностных слоев монокристаллов и может быть использовано для анализа воздействий на образец различных технологических процессов. Цель изобретения - повышение чувствительности к тонким приповерхностным слоям, расширение возможных ориентаций кристаллов и получение дополнительной информации о нарушенных слоях. По предлагаемому способу на кристалл, установленный в геометрии асимметричной дифракции по Брэггу, направляют пучок монохроматичного коллимированного рентгеновского излучения. Угол наклона плоскости дифракции к поверхности кристалла φ выбирают из условия *220O бр-φ=1-3°. Регистрируют интенсивность дифракционного зеркального пика, образующегося при угле скольжения падающего излучения на образец вблизи критического угла полного внешнего отражения, и по нему судят о параметрах нарушенного слоя. Глубина, на которой формируется отраженная волна, соответствующая дифракционному зеркальному пику, на несколько порядков меньше глубины экстинкции, что сильно повышает чувствительность способа к искажению структуры субтонких приповерхностных слоев кристаллов, а малые углы падения позволяют измерять тонкие аморфные пленки тех же толщин. 2 ил.

j (If имп/сек

Qo, угл. HUH

20