Способ определения структурных характеристик монокристаллов

Способ определения структурных характеристик монокристаллов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТ НЫХ, ХАРАКТЕРИСТИК МОНОКРИСТАЛЛОВ, заключающийся в облучении монокрис талла коллимированным пучком монохроматического рентгеновского излучения , ориентации монокристалла в положение, соответствующее дифракционному отражению в геометрии Лауэ, и исследовании углового распределения интенсивности вторично-эмиссионного излучения путем вращения кристалла вокруг оси, перпендикулярной плоскости дифракции, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью расширения области его применения путем обеспечения возможности исследования структурного совершенства тонких приповерхностных слоев в кристаллографических направлениях, параллельных поверхности, монокристалл поворачивают вокруг вектора обратной решетки до угла, отвечающего условию , где Lg - экстинкционная длина рентгеновского излученияj L gg - глубина выхода электронов из монокристалла, и измеряют угловое -. распределение интенсивности фотоэлектронов при указанном угле.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4 (s i) С 01 N 23 /20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ, (21) 3596581/24-25 (22) 27.05..83 (46) 07.01.85. Бюл. У 1 (72) А.М.Афанасьев, Д.А.Бугров, P.Ì.Èìàìîâ, А.В.Маслов, Э.M.Ïàøàåâ и 1О.Н.Шилин (71) Специальное конструкторское бюро Института кристаллографии им. А.В.Иубникоьз (53) 548.73(088.8) (56) 1. Созонтов Е.А., Круглов М.В., Захаров Б.Г. Определение деформаций. в эпитаксиальных структурах методом внешнего фотоэффекта. — Электронная техника. Сер. "Материалы". Вып.7, 1 979, с. 108-113.

2. Annaka S. Intensity Anomaly

of Fluorescent x-say Emission

Accomponing the Lane Сазе Reflection

from à Rerfect Crystal J. of the

Physical society of Japan, ч. 23, .В 2, 1967, р. 372-377 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МОНОКРИСТАЛЛОВ, заключающийся в облучении монокрисÄÄSUÄÄ 1133519 А талла коллимированным пучком монохроматического рентгеновского излучения, ориентации монокрнсталла в положение, соответствующее дифракционному отражению в геометрии Лауэ, и исследовании углового распределения интенсивности вторично-эмиссионного излучения путем вращения кристалла вокруг оси, перпендикулярной плоскости дифракции, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области его применения путем обеспечения возможности исследования структурного совершенства тонких приповерхностных слоев в кристаллографических направлениях, параллельных поверхности, монокристалл поворачивают вокруг вектора обратной решетки до угла, отвечающего условию где L „ — экстинкционная ех е > длина рентгеновского излучения; — глубина выхода электронов из е монокристалла, и измеряют угловоераспределение интенсивности фотоэлектронов при указанном угле.

1133

Изобретение относится к рентгеноструктурному анализу монокристаллов с нарушеннь2Ми поверхностными слоями и может использоваться в технологии полупроводниковых приборов для контроля совершенства полупроводников при различных технологических обработках поверхности (диффузия., ионная. имплантация и др .) .

Известен способ определения, 1О . структурного совершенства тонких приповерхностных. слоев монокристаллов, заключающийся в, том, что образец, помещенныи в вакуумный объем облучают коллимирован-.. ным и монохроматизированным рентгеновским излучением так, что удовлетВоряютсл условия дифракции в геомет- о рии Брзгга, вращают- кристалл вокруг точного угла Брэгга и с помощью де- 2О текторов рентгеновского излучения и электронов одновременно исследуют угловую зависимость интенсивности дифрагированного рентгеновского излучения и фотоэмиссии электронов. Этот 25 способ позволяет исследовать структуру приповерхностных слоев толщиной

От нескольких десятых микрон до нескольких микрон и определять относительные изменения параметра решетки в поверхностном слое в направлениях, перпендикулярных поверхности образца„ с точностью до 10 4 (1).

Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования структурных характеристик монокристаллов, заключающийся в том, что образец облучают коллимированным и монохроматизированным пучком рентгеновско; го излучения, ориентируют кристалл 4> в положение, соответствующее днфракционному отражению в геометрии Лауз, вращая кристалл вокруг оси, перпендикулярной плоскости дифракцип, исследуют угловое распределение интен- „ сивности вторичного (флуоресцентно- го) излучения .с входной и ВыхОднОЙ плоскостей кристалла. Этот способ позволяет исследовать структуру поверхности в направлениях, параллель-, ных поверхности кристалла 1.2).

Недостаток известного способа— большая глубина выхода флуоресцентного излучения, 10-15 мм, больше экстинционной длины, что ведет к уве-55 личению толщины исследуемого слоя.

Цель изобретения — расширение области применения путем Обеспече519 ния возможности исследования струк- турного совершенства тонких приповерхностных слоев в кристаллографических направлениях, параллельных поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения структурных характеристик монокристаллов, заключающемуся в том, что образе.. облучают коллимированным пучком монохроматического рентгеновского излучения, ориентируют кристалл в положение, соответствующее дифракционному отражению в геометрии

Лауэ, монокристалл поворачивают вокруг вектора обратной решетки на угол, при котором выполняется условие Ьех 1- р где 1 „- экстинкционная длина рептгеновскога Нэлучения L < — глубина выхода электронов из монокристалла, затем вращают кристалл вокруг оси, перпендикулярной плоскости дифракции, и измеряют угловое распределение кнтенсивности фотоэлектронов при -указанном угле прошедшего (Т) и Отраженного (3) рентгеновских лучей.

Этот способ позволяет измерять. относительные изменения в межплоскостных расстояниях в кристаллографических направлениях, параллельных поверхности кристалла на глубине, определяемой глубиной выхода электронов 0,2-0,3 мкм, с точностью до

4 -10 5, характерной для вторичных процессов.

На фиг.1 представлено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 — схема; поясняющая эксперимент.

Устройство содержит источник 1 рентгеновского излучения, кристаллмонохроматор 2, исследуемый, кристалл

3, гониометр 4, счетчики 5 и 6 рентгеновского излучения, детектор 7 электронов ВЭУ-6, ось гониометра 8.

Способ реализуется следующим образом.

Рентгеновское излучение из источника 1 падает на кристалл-монохроматор 2, находящийся в положении, удовлетворяющем условию дифракции в геометрии Брэгга. Монохроматиэированное и коллимированное излучение о падает под малым углом 1-5 на исследуемый кристалл 3, сориентированный в положение, удовлетворяющее дифракционным условиям в геометрии

3 11ЗЗ

Лауэ, находящийся на Оси гониометра

8. Отраженный R и прошедший Т рент,геновские лучи фиксируются счетчика-* ми 5 и 6 рентгеновского излучения.

Интенсивность эмиссии фотоэлектронов фиксируется стандартным детектором электронов (ВЭУ-6).

Способ заключается в следующем.

Как известно, при дифракции рентгеновских лучей в совершенных кристаллах образуется единое волновое иоле, представляющее собой суперпозицию падающей и дифрагированной волн. При этом пространственное распределение максимумов и минимумов интенсивности этой волны относительно атомных плоскостей существенно зависит от угла падения излучения иа кристалл. Это приводит к ано-. мальной угловой зависимости сечений неупругих процессов, сопровождающих дифракцию рентгеновских лучей.

Так как эмиссия фотоэлектронов происходит с малой глубины порядка долей микрона для различных волн 25 .рентгеновского излучения, то регистрируются слабые изменения межплос.костнйх расстояний в тонком приповерхностиом слое.

В Лауэ-геометрии в обычных уело- щ виях длина экстинкции Le„, т.е. расстояние, на котором амплитуды падающей и диафрагированной волн становятся сравнимыми по величине, много больше глубины выхода фотоэлектронов L, в этом случае можно ожидать лишь слабого проявления аномалий выхода фотоэлектронов. Простым поворотом кристалла вокруг вектора обратной решетки можно значительно 40 уменьшить длину экстинкции, что придает фотоэмиссионной кривой дисперсионный характер.

45 где Ъ вЂ” длина волны используемого излучения, г — косинус угла между .внутренней нормалью и волновым вектором падающей волны;

Рг1,! — модУль действительной части

Фурье-компоненты поляризуемости.

В этом случае, например, для. Ge (220), облучаемого CuKg - излучением,55

Для котОрОГО L eg =О, 2 мкм, при угле падения рентгеновского излучения на образец 1=2 l„=0 15 мкм и

519 4

1 „«- р . Таким образом выявляется еще одно преимущество предлагаемой методики — возможность корреляции между исследуемым слоем и остальной частью образца, т.е. фотоэмиссиОнная кривая отражает структуру исследуемого приповерхностного слоя вне зависимости от остальной части кристалла,так как структура поля начинает проявляться на глубинах, меньших глубины выхода электронов.

Исследуемый кристалл вырезан по плоскостям (Й } и установлен в положении дифракционного отражения в геОметрии Лауэ, т.е. Отражающими плоскостями являются плоскости (220).

Здесь Ъ вЂ” падающее рентгеновское излучение Т и R — - соответственно прошедший и отраженный лучи, угол Брзгга для плоскостей (220).

Поворотом кристалла вокруг оси 00, параллельной вектору обратной решетки, на угол 85-89 добиваются того, что угол падения Ч относительно поверхности становится 1-5 (е— фотоэлектроны).

После того, как угол входа рентгеновского излучения на кристалл ,составит величину, удовлетворяющую условию L e Lee кристалл помещается в вакуумный объем, где поддерживается вакуум порядка 10 торр. Коллимированнае и монохроматизированное излучение падает на исследуемый кристалл, который отклоняется от положения точного угла Брэгга для исI следуемых плоскостей. Полученные кривые фотоэмиссии электронов в явном виде отражают структуру волнового поля на глубине выхода электронов. Изменением длины волны рентгеновского излучения можно варьировать эту глубину. При yczoaHH L e (b ep структура волнового поля на. глубине не зависит от состояния остальной части кристалла, поэтому необходимо выбрать тот интервал углов, при котоРом Условие be„4 he сохРанЯетсЯ.

В известном способе глубина выхода вторичного излучения составляет несколько десятков микрон, тогда как в предлагаемом способе глубина выхода электронов составляет 0,2-2мкм для целого ряда кристаллов, а также имеется то важное преимущество, что возможна корреляция между исследуемым слоем и остальной частью образца.

Составитель T. Владимирова

Редактор А.Шишкина Техред T.Äóáèí÷àê Корректор Л.Пилипенко

Заказ 759 Тираж 898

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

3 113351

Предлагаемый способ позволяет проводить более широкий контроль за качеством поверхности элементов твердотельной микроэлектроники, так как позволяет выявлять структурные изменения в приповерхностном слое в кристаллографических направлениях, параллельных поверхности. Так, по-. верхностный слой, идеальный" по одним кристаллографическим направлениям, может быть нарушен по другим направлениям.