Способ контроля поверхностного слоя полупроводникового монокристалла и трехкристалльный рентгеновский спектрометр для осуществления способа Советский патент 1981 года по МПК G01N23/207 

держатель ;исследуемого монокристалла и детектор дифрагированного исследуемым монокристаллом рентгеновского излучения, причем держатель второго кристалла-монохроматора и держатель исследуемого кристалла установлены с возможностью поворота относительно одной и той же оси 2J Этот спектрометр позволяет произвести перестройку со схемы измерения с двумя монохроматорами на схему измерения с одним монохроматором и кристаллом-анализатором, в качестве которого в этой схеме можно использо вать второй кристалл-монохроматор, однако, в этом спектрометре необходи МО производить повторную юстировку исследуемого монокристалла и кристалла-анализатора или изменять схему Кроме того, использование в этом спектрометре щелевого монокристалла с многократньш отражением приводит к потере важной информации. Наиболее близким к предлагаемому является трехкристальяый рентгеновский спектрометр, содержащий источник рентгеновского излучения, установлен Hfcje по ходу рентгеновского пучка, держатель с плоским нристаллом-монохроматором, поворотный держатель исследуемого монокристалла, поворот ный держатель с кристаллом- анализатором и детектор дифрагированного кристаллом-анализатором рентгеновск го излучения 3. Такой спектрометр позволяет провести анализ двухкристальной кривой отражения от исследуемого монокристалла и выделить, например, диффузную составлякйцую в интенсивности отраженного исследуемым монокрис -. таллом излучения, но не позволяет . получить от исследуемого монокристалла собственную кривую отраже ния, которую получают при монохрома тизации первичного пучка двумя кристаллами-монЬкроматорами, без переста новки исследуемого монокристалла и кристалла-анализатора. При исследовании полупроводниковых монокристаллов с целью контроля технологических режимов по их влия-i нию ,на ст|зуктуру поверхностного слоя для точного определения параметров, по которым осуществляется контроль, необходимо иметь трехкристальную : бственную кривую дифракционноrd отражения от исследуемого кристал л и кривые, полученные на хвостах двухкристальной кривой отражения от исследуемого монокристалла с помощью кристалла-анализатора. Таким образом, недостатком извест ного технического решения является сложность процесса .перестройки спектрометра на схему измерения с двумя кри ст алл ами-мо но хроматорами, обусловленная - необходимостью пе- . реноса исследуемого и анализирующего кристаллов из закрепления их в других держателях, что автоматически приводит к разъюстировке спектрометра и необходимости его дополнительной настройки. Цель изобретения - повышение точности контроля поверхностного слоя полупроводниковых кристаллов и упрощение процесса перестройки спектрометра на схему измерения с двумя кристаллами-монохроматорами. Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля поверхностного слоя полупроводникового монокристалла по авт. св. 763751 дополнительно производят облучение исследуемого монокристалла монохроматическим пучком рентгеновского изт лучения в его угловом положении, отстоящем от положения, соответствующего максимуму интенсивности дифрагированного излучения, на величину, не меньшую полуширины пика диффузного рассеяния, производят анализ дифрагированного излучения с помощью поворотного кристЕШла анализатора, определяют площадь под пиком диффузного рассеяния и вводят поправку в измеренную известным способом величину. Кроме того, в трехкристальном рентгеновском спектрометре, содержащем источник рентгеновского излучения, установленные по ходу рентгеновского пучка держатель с плоским кристаллом-монохроматором, поворотный держатель исследуемого монокристалла, поворотный держатель с кристаллом-анализатором и детектор, поворотный держатель исследуемого монокристалла и поворотный держатель с кристаллом-анализатором установле-ны яа общем поворотном основании, причем оси поворота держателя исследуемого монокристалла и поворотного кристалла-анализатора расположены на равных расстояниях от оси поворота общего основания на линии, проходящей через ось поворота основания, причем в спектрометр введены средства фиксации общего основания, по крайней .мере в его угловых положениях, отстоящих друг от друга на 180 На чертеже показана схема спектрометра . Способ осуществляется следующим бразом. На первом этапе реализации первые ва кристалла являются монохромато-. ами, а третий кристалл исследуемый. В этом случав получают трехкристальные собственные кривые отражения, не искаженные инструментальной ошибкой. При съемке нарушенного слоя кривая дифракционного отражения содержит хвосты , интенсивность которых складывается, в общем случае.

из интенсивности динамического рассеяния и интенсивности диффузного рассеяния на дефектах в нарушенном слое. Затем измеряют кривую дифракционного отражения от идеального кристалла, используя, например, об ратную ненарушенную сторону исследуемого монокристалла.

Затем, на втором этапе, исрледуемый монокристалл ставят в трехкристальном спектрометре вторым по ходу рентгеновского пучка. При.этом его отворачивают от углового положения, соответствующего максимуму интенсивности дифрагированного им излучения, на величину, не меньшую полуширины пика диффузного рассеяния. За счет этого в дифрагированном исследуеглым. монокристаллом излучении существенно ослабляется интенсивность динамического дифракционного рассеяния и происходит его угловое отделение от пика диффузного рассеяния. Производят анализ отраженного исследуемым монокристаллом излучения с помощью третьего поворотного кристалла-анализатора, получают пик диффузного рассеяния и определяют его интегргшьную интенсивность путем изменения площад под пиком.

Затем из интегральной интенсивности кривой дифракционного отражения от исследуемого монокристалла, полученной на первом этапе, вычитают интегральную интенсивность кривой дифракционного отражения от идеального монокристалла и интегральную интенсивность пика диффузного рассеяния, в результате чего получают составляющую динамического рассеяния в нарушенном слое исследуемого монокристалла. Затем на основе полученной величины производят расчет величин среднего изменения параметра решетки в нарушенном слое и его толщины так, как это описано в известном способе.

Данный способ позволяет более точ но контролировать технологию производства полупроводниковых приборов за счет более высокой точности определения параметров, по которым осуществляется контроль. Способ особенно предпочтителен при сильной аморфизации нарушенного слоя и большом кйличестве дефектов кластерного типа.

Для реализации предлагаемого способа можно использовать трехкристальный рентгеновский спектрометр, который содержит источник 1 рентгеновского излучения, плоский кристалл-монохроматор 2, исследуемый монокристалл 3f установленный в поворотном держателе 4, кристгшл-анализатор 5, установленный в поворотном держателе 6, детектор 7 излучения. Держатели 4 и б установлены на общем поворотном основании 8, причем -их оси

поворота расположены на прямой, проходящей через ось поворота основания 8, на равных расстояниях от нее. В общем основании на угловом расстоянии друг от друга, равном ISO, выполнены пазы 9, по крайней мере в один из которых заходит фиксатор 10.

Устройство работает следующим образом.

В положении, показанном на чертеже, получают кривые отражения от исследуемого монокристалла 3, отвернутого на некоторый угол от положения, соответствующего максимуму дифрагируемого им излучения. Эти кривые получсцот путем развертки отраженного монокристаллом 3 излучения с помощью кристалла-анализатора 5. По этим кривым определяют вклад диффузного рассеяния в кривую отражения от исследуемого монокристалла и некоторые другие параметры.

Для долучения собственной кривой отражения от исследуемого монокр21сталла 3 общее основание 8 освобождают путем удаления фиксатора 10 из паза 9 и поворачивают его на 180 после чего снова фиксируют. При этом исследуелий монокристалл 3 и кристалл-анализатор 5 меняются своими местами, поскольку их центры поворота расположены радиально на одинаковом расстоянии от центра поворота общего основания 8 на прямой, проходящей через ось его поворота. Теперь кристалл-анализатор 5 играет роль второго кристалла-монохроматора, и детектор 7 регистрирует собственную кривую дифракционного отражения от исследуемого монокристалла, по которой определяют угловой диапазон дифракции и интегральную интенсивность отраженного иследуемым мо нокристаллом излучения на хвостах кривой дифракционного отражения, образующихся в результате структурных нарушений в поверхностном сло исследуемого монокристалла. Затем получают идеальную трехкратную кривую путем поворота исследуемого монокристалла 3. на 180° в собственном держателе 4 и введения в отражающее положение его недефектной поверхности.

Таким образом получают совокупность кривых, по которым определяют параметры, необходимые для контроля подвергнутого обработке полупроводникового монокристалла.- ....

Предлагаемый спектрометр позволяет произвести экспрессную перестройку с одного режима работы на другой, что в целом сокращает время на получение исходных данных для последующего контроля.

Формула изобретения

1. Способ контроля поверхностного слоя полупроводникового монокристалла по авт. св. 763751 отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, дополнительно производят облучение исследуемого монокристалла однократно монохроматизированным пучком рентгеновского излучения в его угловом положении, отстоящем от положения, соответствующего максимуму интенсивности дифрагированного излучения, на величину, не юньшую полуширины пика диффузного рассеяния, производят анализ дифрагированного исследуе -; мым монокристаллом излучения с поворотного кристалла-анализа тора, определяют площадь под пиком диффузного .рассеяния и вводят поправку в измеренный известным спосо бом параметр. 2. Трехкристальный рентгеновский спектрометр для осуществления спосо ба по п. 1, содержащий источник рентгеновского излучения, установле ные по ходу рентгеновского пучка держатель с плоским кристаллом-моно хроматором, поворотный . -держатель исследуемого монокристалла, поворот ный держатель с кристаллом-анализатбром hдетектор, отличающи ся тем, что, с целью упрощения про цесса перестройки спектрометра на сх схему с двумя кристаллами монохроматорами/ поворотный держатель исследуемого монокристалла и поворотный держатель с кристалломанализатором установлены на общем поворотном основании, причем оси поворота держателя исследуемого монокристалла и поворотного держателя кристалла-анализатора расположены на равных расстояниях отоси поворота общего основания на линии, проходящей через ось поворота основания, причем в спектрометр- введены средства фиксации общего основания, п6 крайней мере в его угловых положениях, отстоящих друг от друга на . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 763751, кл. G 01 N 23/207,. 1979 (прототип). 2.Ковальчук М.В. и др. Трехкристальный рентгеновский спектрометр для иcc eдoвaния структурного совершенства реальных кристаллов .-ПТЭ, 1976, 1, с. 194-196. 3.Pick М.А. et ае. А New Automatic Tripfe-Crystat X-Ray Diffractoraeter for the Precision Measturements of Intensity Distribution of Bragg Diffraction and Huand Scattering. -J. App . Cryst. 1977, 10, p. 450477 (прототип).