Способ определения структурных искажений приповерхностных слоев совершенного монокристалла Советский патент 1990 года по МПК G01N23/20 

Изобретение относится к рентгено- дифракционным методам анализа совершенных монокристаллов и может быть использовано для диагностики субмикронных слоев на поверхности монокристалла .

Цель изобретения - повышение локальности измерений, расширение класса исследуемых кристаллов.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого способа; на фиг. 2 - типичная зависимость интенсивности дифра Гированного излучения от угла выхо- ha I (0J.

Сущность способа заключается в том, что исследуемый кристалл облучают пучком рентгеновского излучения, вьшодят в положение резко асимметричной дифракции по Брэггу так, чтобы коэффициент асимметрии В был бошэше 1, и при неподвижном кристалле регистрируют зависимость интенсивности дифрагированного излучения от угла его выхода :с поверхностью кристалла вплоть до О о По этой зависимости судят об искажениях структуры и толщине плен- ,ки на поверхности кристалла.

Рентгеновское излучение от источ- |ника 1 падает на исследуемый кристал 2, находящийся в положении, удовлетворяющем условию Брэгга„ Диафрагма 3 расположенная вблизи кристалла, ограничивает площадь, засвечиваемой поверхности. Поскольку падающий пучок является расходящимся, то возникает сцектр дифрагированного излучения со всеми возможными углами выхода. Угловая зависимость интенсивности дифрагированного излучения регистрируется координатным детек- :тором 4, например РКД-1,

Длину волны падающего излучения и индексы отражения (hKL) выбирают таким образом, чтобы угол клина ди- фрагирующих плоскостей с поверхность образца был меньше угла Брэгга, а разница между ними была больше угол полного внешнего отражения;

Гf

(2)

где X - поляризуемость кристалла., Дифракция рентгеновских лучей от совершенных кристаллов имеет место не только при точном угле О

&Р

но

и в щироком диапазоне угла, причем вдали от 9 gp дифракционное рассеяние имеет высокз К) чувствительность к искажениям структуры тонких приповерхностных слоев При этом со стороны углов, меньших угла Брэгга, и угле скольжения дифрагированного излучения 0 у,, близком к гкр, коэф(}шциент отражения возрастает и имеет максимум при кр Интенсивность и . форма этого максимума (поверхностного брэгговского пика (ПБП) чувствительна как к нарушениям структуры тонкого приповерхностного слоя, так

5

0

5

0

5

0

5

и к наличию на поверхности рентгено- аморфного слоя с толщиной 0,5-50 нм

Способ осуществляется следующим образом.

Для исследуемого кристалла выбирается семейство дифракционных плоскостей, составляющих с поверхностью кристалла угол tp i 0 . Поскольку интенсивность ПБП тем выше, чем меньше угол отклонения от точного угла Брзг- га, то следует выбирать (9 .р - (J) 1 - 3 , а дли повьшения локальности необходимо, что бы значение () было близко к 90 . Для стандартных полупроводниковых кристаллов, используемых в промьшшенности, удобно выбирать следующие отражения: при ориентации поверхности {in} - отражение (311) и излуч.ение Ni, Со, Fe, а при ориентации - отражение (311), (400) и излучение Си.

При использовании стандартных источников излучения монохроматиза- ция падающего пучка не требуется. Поскольку синхротронное излучение имеет спектр с большим . абором длин волн со сравнимой интенсивностью, то следует монохроматизировать пучок так, чтобы на измерение рассеяния при Ф |fp влияние разницы в длине волны не превышало точности эксперимента U 9 (,

P.p( A)Так как X

Л

то

п

А0,

Р.р

(3)

На серийно выпускаемой аппаратуре легко реализуется U 0 -v I , а ,,- имеет величину порядка 20, т.е. необходимо получить менее 5%.

I

В данной схеме пространственное

разрешение способа по сравнению с прототипом более чем на два порядка вьш1е и определяется следующей формулой:

S D+H(

1

1

tg( ) tg(96p+ff)

),

(4)

где I) - размер диафрагмы;

Н - расстояние от диафрагмы до

образца;

йО (0 5р-(f) / fi - необходимая расхо- -димость падающего излучения д::я одновременной регистрации ПБТ1 и центрального дифракционного максимума.

При Н 1 мм; D 50 мкм; (бвр «-lp)90°(0sp-t|)) пространственное разрешение S 0,05 мм.

П р и м е р. В качестве образца выбирались стандартная подложка кремния с ориентацией (111). Использовалось (311) отражение, лучение, б Бр 28,. Наличие в спектре рентгеновского излучения сравнимых по интенсивности линий Кдг и К приводит к раздвоению брэгговского пика. Поскольку разница.длин волн

0, и KO менее 0,2%, то это не

К

влияет на форму ПБП и его угловое

положение.

Дпя определения толщин аморфной плелки и слоя с искаженной структурой экспериментально полученную зависимость сравнивают с рассчитанной теоретически

1(9

) - J- 9c:sin 0j

1Ы

1к1п9о+ sinOol)

|sin0 + sinGj |с,)+ sin9 +sin§J

де

00 и 0,

o,h

- углы скольжения падающего и отраженного излучения;

arcs in 4sinQ

V 2sin 0

o,n 0 ,

F.p Sin(t|i - QBJ.) .

Ha фиг. 2 кривая 5 - эксперимент, кривая 6 - расчет интенсивности дифрагированного излучения от совершенного монокристалла при условии наличия на его поверхности аморфной пленки толщиной 3 НМо

Формула изобретения

10

Способ определения структурных искажений приповерхностных слоев совершенного монокристалла, включающий облучение монокристалла коллимиро- ванным пучком рентгеновского излучения, вьшедение его в положение резко- асимметричной дифракции по Брэггу в условиях полного внешнего отражения, отличающийся тем. что, 0 с целью повьшения локальности измерений и расширения класса исследуемых кристаллов, измерения проводят при коэффициенте асимметрии, большем единицы, и разности между углом Брэг- 5 га и углом наклона отражающей плоскости к поверхности образца, большей удвоенного критического угла полного внешнего отражения, регистрируют интенсивность дифрагированного излу- 0 я от угла выхода с поверхности кристалла при неподвижном кристалле и по полученной зависимости судят о приповерхностных слоях монокрис- . талла.

Изобретение относится к рентгенодифракционному анализу приповерхностных слоев совершенных кристаллов и может быть использовано для отработки технологии создания изделий микроэлектроники. Цель изобретения - повышение локальности измерений и расширение класса исследуемых кристаллов. Способ включает в себя облучение образца коллимированным в плоскости падения пучком рентгеновского излучения, выведение образца в положение дифракции в условиях полного внешнего отражения и регистрацию зависимости интенсивности дифрагированного излучения от угла выхода. В качестве дифракционных плоскостей выбирают плоскости, лежащие под углом к поверхности кристалла, и реализуют на них дифракцию в геометрии Брэгга с коэффициентом асимметрии, большим 1. При этом регистрируется интенсивность "хвоста" кривой отражения вплоть до нулевого угла выхода. Зависимость интенсивности имеет характерный вид с дополнительным максимумом (называемым поверхностным брэгговским пиком - ПБП) при угле выхода, равным углу полного внешнего отражения. При помощи математического моделирования полученного распределения интенсивности судят о нарушениях структуры в тонких приповерхностных слоях кристалла, а форма и интенсивность ПБП очень чувствительны к наличию на поверхности тонких аморфных пленок. 2 ил.

фцг. 1

tt

I omn.sd.

Фиг. г

9/jj град.