Способ определения профиля распределенияСТРуКТуРНыХ иСКАжЕНий B пОВЕРХНОСТНОМСлОЕ МОНОКРиСТАллА Советский патент 1981 года по МПК G01N23/20 

талла от угла падения рентгеновского излучения в диапазоне брэгговской дифракции. Этот способ обладает высокой} точностью и чувствительностью к нарушениям, локализованным в поверхностном слое, что обусловлено малой глубиной выхода фотоэлектронов З. Однако для построения профиля распределения структурных нарушений по глубине необходимо производить стравливание поверхностных слоев монокристалла, что усложняет эксперимент, а самому способу придает разрушающий характер. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения профиля распределения структурных искажений в поверхностном слое монокристалла, заключающийся в том-, что производят регистрацию криво дифракционного отражения монохроматического рентгеновского излучения от исследуемой поверхности монокристалла, моделируют профиль распределения структурных нарушений в поверхностном слое, восстанавливают с помощью ЭВМ соответствующую моделированному профилю кривую дифракционного отражения, сопоставляют восстановленную кривую с зарегистрированной кривой и производят коррекцию моделированного профиля до совпадения кривых 4. Недостатками данного способа являются небольшая точность из-за малых интенсивностей отражений в дополнительных областях дифракции при исследовании тонких поверхностных слоев-, а также неоднозначность восстановленного профиля при сложных формах искажений. Цель изобретения - ;повышение точности и достоверности получаемого профиля структурных нарушений. . , Поставленная цель достигается тем что согласно способу определения профиля распределения структурных искажений в поверхностном слое монокристалла, заключающемуся в том, что про изводят регистрацию кривой дифракционного отражения монохроматического рентгеновского излучения от исследуемой поверхности монокристалла, моде лируют профиль распределения структу ных нарушений в поверхностном слое, восстанавливают с помощью ЭВМ соотве ствующую моделированному профилю кри вую дифракционного отражения, сопоставляют восстановленную кривую с за регистрированной кривой и производят Коррекцию моделированного профиля до совпадения кривых, дополнительно регистрируют кривую выхода электронов внешней фотоэмиссии в зависимости от угла падения рентгеновского излучени по моделированному .профилю восстанав ливают соответствукицую ему кривую вы хода электронов внешней фотоэмиссии и коррекцию моделированного профиля осуществляют до одновременного совпа ения восстановленньтх кривых дифракионного отражения и выхода электроов внешней фотоэмиссии с зарегистриованными кривыми. Физическая сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Рентгенодифракционная картина не может отразить микроструктуру дефектов, а дает лишь сведения о средних характеристиках нарушенности кристаллической структуры. Такими характерис-. тиками являются изменение межплоскостного расстояния по глубине, а также фактор, определяющий степень разупорядочения атомов (степень аморфизации). Изменение межплоскостного рас- стояния удобно описывать с помощью поля средних смещений U.,. Нару-шения, вносимые в поверхностный слой монокристалла различными воздействиями, однородны вдоль поверхности монокристалла, т.е. среднее смещение зависит только от одной координаты. Дифракция рентгеновских лучей в нарушенных монокристаллах описывается уравнениями ТаКаги - Топэна. Если профиль искажений (их распределение по глубине слоя) задан, т.е. известны функции и.и. Pj-jj, то можно легко с помощью уравнений Такаги рассчитать амплитуду отражения R(g как функцию угла падения рентгеновских лучей на монокристалл или, иныг/ш словами, кривые отражения PR(Q. Аналогично для известного профиля искажений можно рассчитать интенсивность волнового поля внутри монокристалла, а значит и кривые угловой зависимости выхода фотоэмиссии электронов. Способ реализуют следующим образом. На исследуемый монокристалл, установленный в вакуумном объеме на « вертикальной оси вращения спектрометра под углом Брэгга падает ко; 1имированный и поляризованный пучок рентгеновских лучей. При повороте монокристалла вблизи точного значения угла дифракции один из детекторов регистрирует угловое распределение интенсивности дифрагированного кристаллом рентгеновс%:ого излучения, а дру,гой одновременно измеряет угловсаё распределение интенсивности выхода ,элекТронов внешней фотоэмиссии. Зная 1ТИП воздействия на монокрис-талл и технологический режим, подбирается наиболее разумная для данных условий и физически обусловленная модель распределения искажений по глубине слоя. Для выбранной модели на основе числового решения уравнений Такаги рассчитывают и строят кривые дифракционного отражения и фотоэмиссии. Сопоставление рассчетных кривых с экспериментальными позволяет сделать вывод о прави-льности выбранной модели профиля искажений &d/d(г) .Если кривые не совпадают, то необходимо скорректировать моделированный профиль искажений. Это легко сделать, варьируя различные параметры, например толщи ну слоя, максимальное значение изме нения межплоскостного расстояния в слое или вид зависимости Ad/d(-z) . Многократно повторяя данную процеду ру, можно достичь практически полно го совпадения экспериментальных и расчетных кривых и таким образом ус тановить действительный профиль рас пределения искажений по глубине сло исследуемого монокристалла. На фиг.1 и 2 приведены кривые дифракционного отражения Р( и кривые фотоэмиссии зе , рассчитанные дл профиля распределения искажений, из . браженного на фиг.З. Каждая кривая Pjj и эе соответствует определенной толщине нарушенного слоя. При этом использованы монокристалл кремния (Si),. излучение, отражение-ти па ( 111 ) . На фиг. 4 показан профиль распределения искажений в поверхнос ном слое монокристалла Si , создан ный в результате диффузии атомов фос фора из имплантированного слоя. Диф фузия проводится в атмосфере кислорода. Профиль ud/d(2} восстановлен в .г полном соответствии с предлагаемым способом сопоставления рассчитанный: и экспериментальных кривых, ,соответствующих различной толщине нарушенного слоя. На фиг.5о и б приведен один из последних этапов способа, когда расчетные кривые совпадают с экопериментальными. Преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что при исследовании слоев, имеющих толщину меньше длины экстинкции, когда интенсивность -кривой отражения рентгеновских лучей мгша, большая интенсивность кривой фотоэмиссии в области углов, соответствующих отражению от поверхностного слоя, позволяет с большой точностью рассчитыватьИ сопоставлят расчетные кривые с экспериментальными.. . Кроме того, предлагаемый способ определения профиля более однозначен и надежен по сравнению с известным. Фактически решается задача,аналогичная фазовой проблеме в рентгеноструктурном анализе. Действительно, кривые отражения рентгеновских лучей позволяют судить лишь о квадрате модуля амплитуды отражения R определенных областей поверхностного слоя монокристалла, в то время как фазы рентгеновского излучения, рассеянного плоскостями, лежащими на различной глубине;нарушенного слоя, остаются неизвестными. Кривые .фотоэмиссии содержат в себе информацию о фазе рассеянного рентгеновского излучения, полностью определяемой профилем распределения искажений по глубине слоя. Более того, значительно повысить точность и чувствительность способа . можно введением операции послойного трарления нарушенного слоя. Регистрируя для каждой толщины слоя кривую отражения и кривую фотоэмиссии,можно получить большой набор экспериментальных данных для одного монокристалла. В этом случае расчет кривых и сопоставление их с экспериментальными проводят одновременно для разных толщин-нарушенного слоя. При этом кривые дифракционного отражения, их форма, полуширина, расстояние между пиками позволяют выбрать модель профиля, за счет введения максимгшь- . ного значения параметра Ad/d(2) -толщину нарушенного слоя l , а кривые фотоэмиссии позволяют определить форму искомого профиля, задающую фазовые соотношения в рассеянном рентгеновском излучении. Использование предлагаемого способа позволяет получить информацию о профиле распределения искажений, вводимых в поверхностный слой монокристалла в процессе различных воздействий. Способ успешно используется для оптимизации технологии ионного легирования и эпитаксиального роста различных полупроводниковых материалов на основе определения профиля ) в слое и переходной области подлозхка - эгштаксиальная пленка. Формула изобретения Способ определения профиля распределения структурных искажений в поверхностном слое монокристалла, заключающийся в том, что производят регистрацию кривой дифракционного отражения монохроматического рентгеновского излучения от исследуемой поверхности монокристалла, моделируют профиль распределения структурных нарушений в поверхностном слое, восстанавливают с помощью ЭВМ соответствующую моделированному профилю кривую дифракционного отражения, сопоставляют восстановленную кривую с зарегистрированной кривой и производят коррекцию моделированного профиля до совпадения указанных кривых, о т л ичающи и с я .тем, что, с целью повышения точности и достоверности, дополнительно регистрируют . кривую выхода электронов внешней фотоэмиссии в зависимости от угла падения рентгеновского излучения, по моелированному профилю восстанавливат соответствующую ему кривую выхода лектронов внешней фотоэмиссии и корекцию моделированного профиля осуествляют до одновременного совпадеия восстановленных- кривых дифракцинного отражения и выхода электронов внешней фотоэмиссии с зарегистрированными кривыми. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Васильев В,К. Методы и аппаратура микроанализа. Серия Важнейшие изобретения года. Материалы ЦНИИПИ М., 1978,с.2. 2.Русаков Л.А. Ренгенографчя металлов. М., Лтомиздат, 1977, с.262263. 3.Афанасьев A.M., Кон В.Г. Внешний фотоэффект при дифракции рентгеновских лучей в идеальном кристалле с нарушенным поверхностным слоем. - ЖЭТФ, 1978, 74, с.300. 4.Burgeat J. Taupin D. Application -de ,.) а . theo г i е dinamique de la diffraction X dePetude de la diffusion du Bor et du Phosphor dans les crysteaux de silicium. Acta cryst, 1968, A,24, p.99 (прототип).

Г/-

AL -Л/

&, 0.749

л

/ii.-ffre

uL-Q.m

и&

ffi

ОЛ

-8 О 8 9

А1,&8мк1

Р

-6ff В У

Ш

&L - 0.

i

15

L

-г

-8 О

S.5

фиг.55