Способ определения структурных искажений приповерхностных слоев монокристаллов

 

Изобретение относится к рентгенодифракционному анализу приповерхностных слоев монокристаллов и может быть использовано для анализа воздействий на образец различных технологических процессов. Цель изобретения - повышение чувствительности к тонким приповерхностным слоям, расширение возможных ориентаций кристаллов и получение дополнительной информации о нарушенных слоях. По предлагаемому способу на кристалл, установленный в геометрии асимметричной дифракции по Брэггу, направляют пучок монохроматичного коллимированного рентгеновского излучения. Угол наклона плоскости дифракции к поверхности кристалла φ выбирают из условия *220O бр-φ=1-3°. Регистрируют интенсивность дифракционного зеркального пика, образующегося при угле скольжения падающего излучения на образец вблизи критического угла полного внешнего отражения, и по нему судят о параметрах нарушенного слоя. Глубина, на которой формируется отраженная волна, соответствующая дифракционному зеркальному пику, на несколько порядков меньше глубины экстинкции, что сильно повышает чувствительность способа к искажению структуры субтонких приповерхностных слоев кристаллов, а малые углы падения позволяют измерять тонкие аморфные пленки тех же толщин. 2 ил.

СаОЗ СОВЯТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЯСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) C. д1) G 01 N 23И07.ГОСУД@ СТВКНН1 1й HOMNTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н A ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21), 4384732/31-25 (22) 29.02.88 (46) 0i,08.9О. Бюл. II 29 (71) Институт кристаллографии

Им, А.В.Шубникова (72) А.А.Ломов и Д.В.Новиков (53) 621.386(088.8) (56) Петрашень П.В. Брэгговская дифракция рентгеновских лучей на кристаллах с примесями ФТТ. 1974, т.16, с.2168-2175.

Brumer О., Hoche H.R., lieber J.

Limits of the Х-ray collimation by опе asymmetrical Bragg Reflection.—

3. Naturforsch. Teil, 1982, v.À379

9.519-523.

Андреева М.А. Теория предельноасимметричной дифракции на кристаллах с нарушенным поверхностным слофм. Поверхность. Физика, химия, механика, 1986, 9 10, с.15-19. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕН" Я СТРУКТУРНЫХ

ИСКАЖЕНИЙ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МОН ОКРИСТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к рентгенодифракционному анализу приповерхностных слоев монокристаллов и мо;кет быть использовано для анализа воздействий на образец различных

Изобретение относится к рентгеНодифракционному анализу приповерхНостных слоев монокристаллов и может с1ы гь использовано для анализа

Воздействия на монокристаллы различных технологических операций диффузия, ионная имплантация и др .).

2 технологических процессов. Цель изобретения — повышение чувствительности к тонким приповерхностным слоям, расширение воэмо I:íûõ ориентаций кристаллов и получение дополнительной информации о нарушенных слоях.

По предлатаемому способу на кристалл, установленный в гЕометрии асимметричной дифракции по Брэггу, направляют пучок монохроматического коллимированного рентгеновского излучения. Угол наклона плоскости дифракции к поверхности кристалла (р выбирают из услоо вия 8Б — ((= 1-3 . Регистрируют инБр тенсивность дифракционного зеркального пика, образующегося при угле скольжения падающего излучения на образец вблизи критического угла полного внешнего отражения, и по нему судят о параметрах нарушенного слоя.

Глубина, на которой формируется отраженная волна, соответствующая дифракционному зеркальному пику, на несколько порядков меньше глубины экстинкции, что сильно повышает чувствительность способа к искажению структуры субтонких приповерхностных слоев кристаллов, а малые углы падения позволяют измерять тонкие аморфные пленки тех же толщин. 2 ил.

Цель изобретения — повышение чувствительности к тонким приповерхностным слоям, расширение возможных ориентаций кристаллов v получение дополнительной пнформации о нарушенных слоях.

На фиг. 1 приведена схема реализации способа; на фиг. 2 - зависимости интенсивности ди(1)рагированного излучения от угла скольжения вблизи угла полного внешнего отражения.

Сушность способа заключается в следующем.

Рентгеновское излучение от источника l падает на кристалл монохроматора 2, находящийся в положении, удовлетворяющему условию дифракции в геометрии Брэгга. Отраженные от кристалла монохроматора рентгеновские лучи коллимируются В гОризонтальнОй плоскости щелью 3 и попадают на ис-. следуемый кристалл 4, который устанавливают под углом Брэгга для выбранного семейства дифракционных плоскостей таким Образом, чтобы угол скольжения .для падающего пучка был больше чем для отраженного,. После получения Отражения кристалл 4 отворачивают от точного положения брэгговского максимума в сторону уменьшения угла скольжения до 0 и измеряют интенсивность отраженного излучения детектором 5 при изменении угла скольжения О . УстаО новлено, что, когда угол скольжения излучения с поверхностью кристалла становится близок к углу полного . внешнего отражения Ф, коэффициент отражения возрастает, достигает максимума при угле скольжения 8О = ф ь а затем спадает до нуля при 6() = 0 . 35

Интенсивность и форма этого дифракционного зеркального пика (ДЗП) чувствительны как к нарушениям структуры приповерхностного слоя, так и к наличию на поверхности рентгено- 4О аморфного слоя. Поэтому из анализа спадания интенсивности "хвоста" кривой дифракционного отражения в диа-. пазоне углов скольжения вплоть до 0 мОжнО получить информацию О припо 45 верхностных слоях кристалла толщиной

0,2-50 нм.

На заданном кристалле выбирается семейство кристаллографических плоскостей, составляющих угол (с поверхностью кристалла. Это условие необходимо для того, чтобы дифракционное рассеяние пространственно разделилось с лучами, испытывающими простое полное отражение. Поскольку интенсивность ДЗП определяется интенсивностью "хвоста" кривой дифракционного отражения, то из практических соображений имеет смысл выбирать

4 угол клина на 1-3() меньше угла Брэгга для выбранного порядка отражения, чтобы интенсивность ДЗП была еще достаточно высокой.

Параметры поверхностных слоев (фактор Дебая-Валлера, толщина аморфного слоя) определяют, сравнивая форму и интенсивность дифракционного зеркальчого пика, а также интенсивность "хвоста" кривой дифракционного отражения вблизи него с теоретической моделью. Для вычисления коэффициента отражения используют выражение 1

Q0

Р )у+(У Ь) 1 к 21yk ) A(t ))( о

«В(Z) dZ I (Первый сомножитель описывает коэффициент отражения от подложки, а второй — учитывает искажения структуры в переходном слое пленка — подложка (величина B(Z)) и наличие аморфной пленки на поверхности образца (величина A(t )), 2 где у () (В Бр () 0 (<ö))

»((— ) ) » » ()»»

2 l 1a l С 17> /(Q

s1n2 Og> 1У, 1

+(у,1x,1/s1ï20 )«(1-р/у ) «(1-g) где

3"©+ Г ) ф +(у,/ к, /.

$/ein2t)» ) (I- y/) )(I — )»)»» t -»» () 0

Ь 1, 21Х1 1r 1" — направляющие косинусы, — Фурье компоненты поляризуемости кристалла, С вЂ” поляризационный множитель

A(t ) exp (- )» (— » — )t

1 1

У » («м I толщина аморфной пленки, шина и е

B(Z) = ехр )1-Ы(Е) + i(p(Z)+ iqz), 11(Е) — статический фактор ДебаяВаллера, Lp(Z) = hU, h 2 /// d

d - межплоскостное расстояние, 1583809 . 6 . ратуре без каких-либо переделок с применением в качестве источника излучений рентгеновских трубок мощностью не более 2 кЕт.

Реп

1 rid (z) Формул а о

Ь о волновые вектора, h — вектор обратной решетки.

Возможность реализации способа и достижение положительного эффекта подтверждается следующим примером.

Исследовалась стандартная кремниевая подложка с ориентацией 111 1. Выбиралось семейство отражающих плоскостей 311, которые в этом случае отклонены от поверхности пластины на угол 27,6 . Угол Брэгга для отражения (311) и М;Е излучения равен

28,6 . На Фиг, 2 приведены теоретические и экспериментальная зависимости интенсивности дифрагированного излучения ст угла скольжения для исследуемого образца. Кривая 6 — экспериментальная кривая, кривая 7 — теоре.тическая кривая для идеального кристалла без аморфной пленки, кривая 8— с аморфной пленкой 2,0 нм и с расположенным под ней переходным слоем с искаженной структурой (фактор Дебая-Валлера для слоя равен 0,3) толщиной i нм. Хорошо видно, что кривые

1 и 3 удовлетворительно совпадают.

Использование предлагаемого способа позволяет исследовать тонкие приповерхностные слои толщиной 0,250 нм. Для измерений годится произвольно ориентированный кристалл, что сильно расширяет возможности методи. ки. Все эксперименты могут проводиться на стандартной рентгеноввкой аппаиs обре тения

Способ определения структурных искажений приповерхностных слоев монокристаллов, заключающийся в том, что исследуемый кристалл устанавливают в асимметричное брэгговское положение, при этом падающий пучок составляет меньший угол скольжения в сравнении с отраженным, а. угол наклона кристаллографической плоскости к поверхности кристалла q близок к углу Брэгга . Вб, облучают монокристалл

20 монохроматизированным коллимированным в плоскости дифракции рентгеновским излучением, выводят в положение, соответствующее брэгговскому отражению записывают кривую распределе"

25 ния интенсивности отраженных рентгеновских лучей при повороте исследуемого кристалла вблизи брэгговского максимума и по ней судят о параметрах нарушенных слоев, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения ч ув с тви тель нос ти к тонким п риповерхностным слоям кристаллов и получения дополнительной информации о нарушенных слоях, угол выбирают из условия Об — p = 1-3, а кривую

З5 распределения интенсивности отраженных рентгеновских лучей записывают в ин-. тервале углов скольжения от нуля до критического угла полного внешнего отражения, 1583809

I, инп/сек

Составитель В. Воронов

Техред Л. Сердюкова

Корректор М.Шароши

Редактор В. Бугренкова

Заказ 2249 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101