Способ определения структурных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов

Способ определения структурных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОНКИХ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МОНОКРИСТАЛЛОВ, заклю .чающийся в том, чтб исследуемый кристалл облучают коллимированным пучком рентгеновского .излучения, выводят в положение, соответствующее дифракционному отражению в условиях полного внешнего отражения, путем поворота исследуемого кристалла и измеряют интенсивность дифрагированного излучения , по которому судят о структурных характеристиках, отличающийс я тем, что, с целью повыпения точности измерений и снижения энергозатрат , пучок коллимируют только перпендикулярно плоскости дифракции и интенсивность дифрагированного излучения в плоскости дифракции измеря (Л ют при неподвижном кристалле в зависимости от угла выхода дифрагированного излучения с поверхностью кристалла .

09) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ .

СВИЛ М

РЕСПУБЛИН заа . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CGCP

re ДЖУЛИЮ ИЗОВРЕТЕНИй И ОТНРЫТИй

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ н asTQPCHGNIV СВИЦВТВЛВСТВУ (21) 3570042/18-25 (22) 30.03.83 (46) 15.07.84 Бюл. 1Ф 26 (72) П.А.Александров, А.М.Афанасьев, А.Л.Голутвин, P.М.Имамов, А.В.Миренский, С.А.Степанов н 10.Н.Шилин (71) Специальное конструкторское бюро института кристаллографии им. А.В.Шубникова (53) 548,73(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 894500, кл. С 01 .Ы 23/207, 1980.

2. Магга M.Ñ., Eisenberger P., and Cho А.I. Х-ray totalexternalreflektion-Brag diffraction. Astructural stady of the GaAs-Al interface.

3. Appl.. Phys. 50(11), 1979 (прото-. тип). ю (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОНКИХ ПРИПОВЕРХ1

НОСТНЫХ СЛОЕВ.МОНОКРИСТАЛЛОВ, заключающийся в том, что исследуемый кристалл облучают коллимированным пучком рентгеновского излучения, выводят в положение, соответствующее дифракционному отражению в условиях полного внешнего отражения, путем поворота исследуемого кристалла и измеряют интенсивность дифрагированного излучения, по которому судят о структурных характеристиках, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повыаения точности измерений и снижения энергозатрат, пучок коллимируют только перпендикулярно плоскости дифракции и интенсивность дифрагированного излучения в плоскости дифракции измеря- ют при неподвижном кристалле в зави- ф Уф симости от угла выхода дифрагированного излучения с поверхностью кристалла.

11031

Изобретение относится к рентгеновскому анализу монокристаллов с нарушенными поверхностными слоями и может использоваться в технологии полупроводниковых приборов для контроля режимов обработки поверхностных слоев.

Известен способ исследования струк. турного совершенства тонких приповерхностных слоев монокристаллов, заключающийся в том, что образец облу- 10 чают коллимированным рентгеновским излучением так, что удовлетворяются условия дифракции в геометрии Брэгга, затем поворачивают его на малые углы в обе стороны от точного брэгговско- 15

ro положения и с помощью вращающегося кристалла-анализатора и установленного за ним детектора исследуют зависимость интенсивности дифрагированных волн от угла выхода к поверхности кристалла (11 .

Этот способ позволяет исследовать структуру поверхностных слоев толщиной порядка длины экстинкции (т.е. в диапазоне 0,5- l0 мкм) рентгеновского

25 .излучения в кристалле и определять относительные изменения параметра решетки в поверхностном слое с точ-6 ностью до 10

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения структурных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов, заключающийся в том, что исследуемый кристалл облучают коллимированным пучком 35 рентгеновского излучения так, что удовлетворяются условия дифракции в геометрии Лауэ, выводят в положение, соответствующее дифракционному отражению в условиях полного внешнего от-4О ражения, путем поворота исследуемого кристалла и измеряют интенсивность дифрагированного излучения, и для различных углов падения исследуют угловое распределение интенсивности 45 зеркальной компоненты дифрагированной волны в плоскости дифракции, параллельной поверхности, посредством синхронного вращения кристалла и детектора со щелью на углы & и 28 во- 50 круг нормали,к поверхности кристалла, а для фиксации угла падения, помимо вертикальной щели,, выделяющей направления в плоскости дифракции, устанавливают также горизонтальную 55 щель (2) .

Этот способ позволяет исследовать структуру поверхностных слоев глуби26 2 ной на 2-3 порядка меньше,чем вышеуказанный способ.

Недостатком известного способа является необходимость коллимации падающего излучения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, что сопровождается большой потерей интенсивности излучения и даже при грубой коллимации, обеспечивающей измерение относительных изменений параметра решетки в слое с точностью до 10 требует привлечения мощных источников рентгеновского излучения, типа источников с вращающимся анодом.

Цель изобретения — повышение точности измерений и снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения структурных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов, заключающемуся в том, что исследуемый кристалл облучают коллимированным пучком рентгеновского излучения, выводят в положение, соответствующее дифракционному отражению в условиях полного внешнего отражения, путем поворота исследуемого кристалла и изме-. ряют интенсивность дифрагированного излучения, по которому судят о структурных характеристиках, пучок коллимируют только перпендикулярно плоскости дифракции и интенсивность дифрагированного излучения в плоскости дифракции измеряют при неподвижном кристалле в зависимости от угла выхода дифрагированного излучения с поверхностью кристалла.

Кроме того, для различных углов выхода к поверхности кристалла измеряют зависимость интенсивности зеркальной компоненты от угла падения.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.

Схема включает источник излучения

1, кристалл-монохроматор 2, щель 3, исследуемый кристалл 4, детектор 5 с щелью 6 и детектор 7 с щелью 8.

Способ осуществляется следующим образом.

Пучок рентгеновских лучей от источника 1 мощностью 2 кВт направляется на кристалл-монохроматор 2 под углом

Брэгга 8„ . Далее отраженный от кристалл-монохроматора луч падает на исследуемый кристалл 4 под малым скользящим углом, испытывая дифракцню по Лауэ на плоскостях, перпендикуляр110312Ь

88 — угол отклонения от точного условия

Брэгга;

8 - угол Брэгга.

В этой связи исследование интенсивноети зеркальной компоненты дифрагированной волны в зависимости от угла выкода, например, с помощью вращающегося детектора со щелью или кристалла-анализатора соответствует исследованию зависимости интенсивности от угла 8 отклонения от точного условия Брэгга, но при этом позволяет .применить значительно более грубую коллимацию и дает выигрыш в интенсивности на 3-4 порядка.

Действительна, согласно соотношению

afgq

3e=

&n28 (2) В прототипе при определении структурных характеристик используются мощные источники излучения, такие как, например, рентгеновская трубка с вращающийся анодом. Указанный источник излучения сопряжен с возможностью возникновения опасности облучения оператора, в силу чего необходимо использовать дополнительные средства защиты от облучения, что в свою очередь требует финансовых затрат. ф„=Ф -сс, Предложенный способ в отлична от прототипа позволяет испольэовать источники излучения с малой мощностью, такой, как, например, отпаянная рентгеновская трубка типа БСВ, что снижает требования к технике безопасности и уменьшает энергозатраты, а также повысить точность измерений при определении структурных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов, что обеспечивает получение более качественных интегральных схем. угол падения; угол выхода зеркально отраженной дифрагированной 50 волны стандартный параметр отклонения от точного условия Брэгга (в. М плоскости дифр@кции); . где

Ь Ь =-2Sin26 S8 ных к входной поверхности исследуемого кристалла. Детектор.5 регнстрцрует дифрагированные волны с различными углами выхода из поверхности щжсталла. На детекторе 5 установлена щель 6 с переменным окном, которая позволяет выделить из всего диапазона углов Ф„ достаточно узкую область.

Размером щели 3 определяется .аирииа фронта пучка, падающего ка исследуемый кристалл. На детектафе 7 укреплена щель 8 ширцной 50 ьм. Это паэволяет раздельно регист щ овать проходящую и зеркально огра®ениую волны, 15

Расходимость рентгеновского пучка в горизонтальной плоскости определяется кривой отражения первого.криатаз ла и составляет, например для крис1 таллов кремния около 0,1 -0,2. Очевидно, малое значение угла скольжения может быть легко достигнуто вследтвие малой расходимости излучения в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости коллимация отсутствует и расходимость пучка лимитируется конструкцией спектрометра.

Поскольку падающее излучение не коллимировано в плоскости дифракции, то иэ кристалла одновременно выходит набор зеркально отраженных дифрагированных волн, соответствующих различным отклонениям от точного условия Брэгга. Исходя из граничных условий для волновых векторов на поверхности кристалла, можно показать„ что угол выхода каждой отдельной волны к поверхности кристалла зависит от того, какому отклонению от условия Брэгга она соответствует . ф7

Например, если отражающие плоскости перпендикулярны поверхности, то имеет место соотношение которое следует из (1), коллимация

I по углу Р с точностью 1 соответствует коллимации по углу В с точнор тью 10 -10 . Коллимация по углу в способе-прототипе обеспечивается с помощью кристалла-монохроматора, который позволяет получать угловую расходимость падающего излучения не лучше 1

1103126

Составитель Т.Владимирова

Редактор В.Ковтун Техред А. Ач Корректор А.Дзятко

Заказ 4970/32 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4