Рентгенотопографический способ выявления дефектов структуры кристаллов Советский патент 1991 года по МПК G01N23/20 

Изоб-ретение относится к рентген- дифракционным методам выявления дефектов структуры монокристаллов и может быть использовано в полупроводниковом приборостроении для исследования дефектов структуры тонких, порядка долей микрона, приповерхностных слоев монокристаллов и эпитаксиаль- ных пленок, а также контроля качества обработки поверхности монокристаллов.

Целью изобретения является уменьшение искажений изображения дефектов кристаллической структуры субмикрон- ных слоев и повышение чувствительности к рельефу поверхности монокристалла.

На чертеже представлена геометрическая схема дифракции.

Способ реализуют следующим образом.

Рентгеновское характеристическое излучение от точечного источника 1 коллимируется щелью 2, падает на ист следуемый кристалл 3 под углом Ф. и, отражаясь от него под углом 0W, падает на фотопленку 4. Угол входа изменяется при азимутальном повороте ,/ вокруг вектора дифракции п. При этом брэг-; говский угол Q не изменяется и кристалл остается в положении отражения. Вследствие того, что Q л ( , при азимутальном повороте кристалла существует область реализации произвольно малых значений угла входа Ф0 и соотО

сл

со

ветственно больших значений угла выхода м .

При дифракции рентгеновских лучей в геометрии Брэгга на фотопленке регистрируется изображение дефектов монокристалла на глубине порядка длины экстинкции

.ft,

Le Krh fl/jV (1)

где/ Т I- действительная часть Фурье-компоненты поляризуемости кристалла; Х - длина волны используемого

излучения; -sinft

О

inpu.

sin

УН

Из выражения (1) следует, что глубина проникновения рентгеновских лу- чей в кристалл тем меньше, чем меньше подкоренное выражение. Для гв Ј ФКРдлина экстинкции уменьшается до долей микрона.

Для косоасимметричной брэгговской дифракции углы входа Фд и выхода Фц связаны с углами &, ( и азимутальным углом Ц следующим соотношением:

sin0, sin0 cosWrcos 6sin(i; cosfl, (2)

О.н + T

где знак - относится к л , a +

Значения азимутального угла (f 0

и (j 180° соответствуют асимметричной дифракции, когда плоскость дифракции перпендикулярна входной поверхности кристалла. Из соотношения (2) следует, что угол падения Ф0 мал () вблизи азимутального положения кристалла С|)0 , для которого cos( ct{$ Из всевозможных отражающих плоскостей и отражений предпочтение следует отдавать тем, для которых углы 9 и W отличаются незначительно.

Такими примерами для монокристал- лов кремния, германия и теллурида кадмия с входной поверхностью (III), которые широко применяются в микроэлектронике, соответственно, являются:1 $ 60 50,у 61е52 для отраже- ния 422 и Fe, -излучения, 0 ЗА°55 16 для отражения 220 и СгК - излучения и 0 38°29, (р 38°57 для отражения 511 и СиК -излучения. Такой выбор отражающих плоскостей и отражений приводит к увеличению до нескольких градусов ширины области азимутального положения кристалла с малыми значениями угла входа Ф0 , что

0

5

0

5 Q

в свою очередь, увеличивает точность их экспериментального определения. Угол входа в этом случае равен

(W-0)sin(() + - sin0cosU, ° Т2 (3)

гдей1р(р-Ср0.

С уменьшением угла падения vu в косоасимметричной геометрии дифракции происходит уширение волнового фронта дифрагированной волны по сравнению с фронтом падающей на величину sinrH/ /sin. В области изменения азимутального угла С| с малыми -ф «« значениями угла входа, это позволяет получать рентгеновские топограммы от всей поверхности кристалла и отказаться от традиционного, в таких случаях, линейного сканирования поверхности кристалла. Малый угол входа Фо при большом угле выхода УЦ может быть реализован также в случае асимметричной брэгговской дифракции, если выполняется достаточно жесткое условие « W с точностью до Фы . Однако для длин волн характеристического спектра и заданной входной поверхности этс условие выполняется очень редко. Поэтому использование асимметричной дифракции для выявления дефектов структуры тонких приповерхностных слоев серийно выпускаемых ориентированных монокристаллических пластин в общем случае нецелесообразно, поскольку требуемое при этом сошлифование входной поверхности кристалла для выполнения условия Q У (0 делает такой способ контроля дефектов разрушающим.

Путем азимутального вращения кристалла вокруг вектора дифракции способ позволяет проводить исследование дефектов структуры непрерывно по толщине приповерхностного слоя в широком диапазоне толщин - от нескольких микрон в кососимметричном случае, когда , до долей микрона в косоасим- метричном случае при (D0 -f 0.

Формула изобретения

Рентгенотопографический способ выявления дефектов структуры кристаллов, заключающийся в том, что исследуемый кристалл облучают коллимированным пучком рентгеновского излучения от точечного источника, устанавливают кристалл в отражающее положение и враща316511

ют вокруг вектора дифракции так, чтобы угол входа падающего пучка в кристалл был близок углу полного внешнего отражения, и фиксируют диф- с ракционную картину на фотопленку, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искажений изображения дефектов кристаллической струк73°

туры субмикронных слоев и повышения чувствительности к рельефу поверхности монокристалла, в качестве отражающих выбирают плоскости, составляющие угол разориентации по отношению к входной поверхности кристалла, близкий углу дифракции используемого отражения.

Изобретение относится к области исследования реальной структуры монокристаллов методом рентгеновской топографии. Цель изобретения - получение неискаженного изображения дефектов кристаллической структуры субмикронных слоев и рельефа поверхности монокристалла. Для осуществления способа необходимо в качестве отражающей выбрать плоскость, составляющую угол разориентации по отношению к входной поверхности, близкий углу дифракции используемого отражения, и реализовать косоасимметричную брэг- говскую дифракцию с малым углом входа падающего пучка в кристалл и большим углом выхода дифрагированного пучка путем вращения кристалла вокруг век- тора дифракции выбранной системы плос- ® костей. 1 ил. W