Способ определения профиля распределенияструктурных искажений b поверхностномслое монокристалла

Способ определения профиля распределенияструктурных искажений b поверхностномслое монокристалла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнк

Соцналистмческих

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<111830206 (61) ?????????????????????????????? ?? ??????. ????????-???? (22) ???????????????? 27. 07. 79 (21)2802891>

Опубликовано 15.0581. Бюллетень № 18 (51)М. Кл

G 01 и 23/20

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 548.73 (088.8) Дата опубликования описания 150581

A.Ì.Àôàíàñüåâ, Л.Д.Буйко, P.Ì.Èìàìoâ, М.В.,Ковальчук, В.Г.Кон и Э.Ф.Лобанович

1 с

3

Институт кристаллографии им. А.В.Шубникбва

Ij

1 (72) Авторы изобретений

71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

СТРУКТУРНЫХ ИСКАЖЕНИЙ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ

МОНОКРИСТАЛЛА

Изобретение относится к рентгеноструктурному анализу монокристаллов и может использоваться при контроле технологии производства полупроводниковых приборов.

Известны способы определения профиля распределения легирующей примеси в поверхностном слое монокристалла по его глубине, заключающиеся в облучении исследуемой поверхности монокристалла пучком заряженных частиц с энергией, достаточной для возбуждения вторичной эмиссии атомов легирующей примеси, регистрации вторичной эмиссии при последовательном стравлении поверхностного слоя и построении концентрационного профиля легирующей примеси по глубине поверхностного слоя монокристалла (1).

Недостатком данных способов являет-2О ся то, что они не являются неразрушающими, поскольку облучение поверхности монокристалла пучком заряженных частиц обязательно, приводит к стравливанию поверхностного слоя, что одновременно вызывает некоторую неопределенность при построении концентрационного профиля из-за невозможности однозначной привязки результата измерения вторичноГ. эмиссии к глубине, с которой она имета место.

Наличие атомов легирующей примеси в поверхностном слое монокристалла приводит к искажению параметров его кристаллической решетки, которое также характеризуется некоторым распределением по глубине, связанным с концентрационным профилем распределения атомов легирующей примеси.

Известен способ определения. изменений параметра решетки в поверхностном слое монокристалла методом двухкристального спектрометра 12 ).

Недостатками этого способа являются необходимость стравливания поверхностных слоев исследуемого монокристалла для построения профиля распределения искажений по глубине, а также малая точность, обусловленная тем, что измеряемая характеристика представляет собой усредненное значение для слоя значительной толщины, опре- . деляемой экстинционной длиной используемого рентгеновского излучения в исследуемом монокристалле.

Известен также способ исследования структурного совершенства поверхностных слоев монокристаллов путем измерения зависимости фотоэлектронной эмиссии с поверхности монокрис830206 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 f3).

Однако для построения профиля распределения структурных нарушений по глубине необходимо производить стравливание поверхностных слоев монокрис-. о талла, что усложняет эксперимент, а самому способу придает разрушающйй характер.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения профиля распределения структурных искажений в поверхностном слое монокристалла, заключающийся в том; что производят регистрацию кривой дифракционного отражения монохроматического рентгеновского излучения от 20 исследуемой поверхности монокристалла, моделируют профиль распределения структурных нарушений в поверхностном слое, восстанавливают с помощью ЭВМ соответствующую моделированному про- 25 филю 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. . 40

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения профиля распределения структурных искажений в поверхностном слое монокристалла, заключающемуся в том, что про- yg изводят регистрацию кривой дифракционного отражения монохроматического рентгеновского излучения от исследуемой поверхности монокристалла, моделируют профиль распределения структур- о ных 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, дополнительно регистрируют кривую выхода электронов внешней фотоэмиссии в зависимости от угла падения рентгеновского излучения,60 по моделированному .профилю восстанавливают соответствующую ему кривую выхода электронов внешней фотоэмиссии и коррекцию моделированного профиля осуществляют до одновременного совпа- 5 дения восстановленных кривых дифракционного отражения и выхода электронов внешней фотоэмиссии с зарегистрированными кривыми.

Физическая сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Рентгенодифракциоиная картина не может отразить микроструктуру дефектов, а дает лишь сведения о средних характеристиках нарушенности кристаллическОЙ структуры. Такими характеристиками являются изменение межплоскостного расстояния по глубине, а также фактор, определяющий степень разупорядочения атомов (степень аморфизации). Изменение межплоскостного расстояния удобно описывать с помощью

Ф поля средних смещений 0,. 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 0 и:Il(z)i то можно легко с помощью уравнений Такаги рассчитать амплитуду отражения й< > как функцию угла падения рентгеновских лучей на монокристалл или, иными словами, кривые отражения P R< g .

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 кощтимированный 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 угловщ распределение интенсивности выхода электронов внешней фотоэмиссии. Зная THII воздействия на монокристалл 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 правильности выбранной модели профиля искажений ь4/4(.Если кривые не совпадают, то необходимо скорректи83020б

Формула изобретения

50

65 ровать моделированныи профиль искажений. Это легко сделать, варьируя различные параметры, например толщину слоя, максимальное значение изменения межплоскостного расстояния в слое или вид зависимости Ь 4/d (z) .

Многократно повторяя данную процедуру, можно достичь практически полного совпадения экспериментальных и расчетных кривых и таким образом установить действительный профиль рас- . 10 пределения искажений по глубине слоя исследуемого монокристалла.

На фиг.Ъ и 2 приведены кривые дифракционного отражения Р и кривые фотоэмиссии Ж, рассчитанные для профиля распределения искажений, изо- 15 браженного на фиг.З. Каждая кривая

Р и М соответствует определенной толщине нарушенного слоя. При этом использованы монокристалл кремния (Si), CuK - излучение, отражение ти- 20 па (ill ). На фиг.4 показан профиль распределения искажений в поверхностном слое монокристалла Si, созданный в результате диффузии атомов фосфора из имплантированного слоя. Диффузия проводится в атмосфере кислорода. Профиль дd/4(z) восстановлен в полном соответствии с предлагаемым способом сопоставления рассчитанных .и экспериментальных кривых, соответствующих различной толщине нарушенного слоя. На фиг.5а и о приведен один из последних этапов способа, когда расчетные кривые совпадают с экспериментальными.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что при исследовании слоев, имеющих толщину меньше длины экстинкции, когда интенсивность .кривой отражения рентгеновских лучей мала, большая интенсивность 40 кривой фотоэмиссии в области углов, соответствующих отражению от поверхностного слоя, позволяет с большой точностью рассчитывать и сопоставлять, 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 (В) определенных областей поверхностного слоя монокристалла, в то время как фазы рентгеновского излучения, рассеянного плоскостями, лежащими на различной глубине.нарушейного 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 травления нарушенного слоя. Регистрируя для каждой толщины слоя кривую отражения и кривую фотоэмиссии,можно получить большой набор экспериментальных данных для одного мэнокристалла. 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 максииаль- . ного значения параметра ad/d<» -толщину нарушенного слоя LH ., 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 b,d/d(z) в слое и переходной области подложка — эпитаксиальная пленка.

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 и ч а ю шийся .тем, что, с целью повышения точности и достоверности, дополнительно регистрируют кривую выхода электронов внешней фотоэмиссии s зависимости от угла падения рентгеновского излучения, по моделированному профилю восстанавливают соответствующую ему кривую выхода электронов внешней фотозмиссии и коррекцию моделированного профиля осуществляют до одновременного совпадения восстановленных. кривых дифракци онного отражения и выхода электронов

830206 внешней фотоэмиссии с зарегистрированными кривыми.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Васильев B.Ê. Методы и аппаратура микроанализа. Серия "Важнейшие изобретения года". Материалы ЦНИИПИ.

N., 1978,с.2.

2. Русаков А.А. Ренгенографчя металлов. M., Атомиздат, 1977, с.262263.

3. Афанасьев А.М., Кон В.Г. Внешний фотоэффект при дифракции рентгеновских лучей в идеальном кристалле с нарушенным поверхностным слоем. — (ЭТФ, 1978, 74, с.300.

4. 8urgeat J. Taupin О. Application de là .theoriе d1namique de Iа

diffraction Х del etude de la diffusion du Вог et du Phosphor dans les

crysteaux de silicium. Асса cryst, 1968, А р.99 (прототип).

830206 нв

Put.5u

Составитель К.Кононов

Техредй. Рейвес КорректорА. Гриценко

Редактор Л.Копецкая

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

Заказ 3788/86 . Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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