Способ определения структурных искажений приповерхностных слоев совершенного монокристалла

 

Изобретение относится к рентгенодифракционному анализу приповерхностных слоев совершенных кристаллов и может быть использовано для отработки технологии создания изделий микроэлектроники. Цель изобретения - повышение локальности измерений и расширение класса исследуемых кристаллов. Способ включает в себя облучение образца коллимированным в плоскости падения пучком рентгеновского излучения, выведение образца в положение дифракции в условиях полного внешнего отражения и регистрацию зависимости интенсивности дифрагированного излучения от угла выхода. В качестве дифракционных плоскостей выбирают плоскости, лежащие под углом к поверхности кристалла, и реализуют на них дифракцию в геометрии Брэгга с коэффициентом асимметрии, большим 1. При этом регистрируется интенсивность "хвоста" кривой отражения вплоть до нулевого угла выхода. Зависимость интенсивности имеет характерный вид с дополнительным максимумом (называемым поверхностным брэгговским пиком - ПБП) при угле выхода, равным углу полного внешнего отражения. При помощи математического моделирования полученного распределения интенсивности судят о нарушениях структуры в тонких приповерхностных слоях кристалла, а форма и интенсивность ПБП очень чувствительны к наличию на поверхности тонких аморфных пленок. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.Я0„„1599732 А 1

Щ) э G Ol N 23/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTQPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 мерений и расширение класса исследуемых кристаллов. Способ включает в себя облучение образца коллимиро, ванным в плоскости падения пучком рентгеновского излучения, выведение образца в положение дифракции в условиях полного внешнего отражения и регистрацию зависимости интенсивнос ти дифраг ированног о излуч ения от угла выхода. В качестве дифракционных плоскостей выбирают плоскости, лежащие под углом к поверхности кристалла, и реализуют на них дифракцию в геометрии Брэгга с коэффициентом асимметрии, большим ) . При этом регистрируется интенсивность

"хвоста кривой отражения вплоть до нулевого угла выхода. Зависимость интенсивности имеет характерный вид с дополнительным максимумом (называемым поверхностным брэгговским пиком — ПБП) при угле выхода, равным углу полного внешнего отражения, При помощи математического моделирования полученного распределения интенсивности судят о нарушениях структуры в то нк их п рип ов ерхнос тных слоях крис таяла, а форма и интенсивность

ПБП очень чувствительны к наличию на поверхности тонких аморфных пленок. 2 ил.

Ж

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21} 4452645/31-25 (22) 04.07.88 (46) 1 5.1 0.90. Бюл. Р 38 (71) Институт кристаллографии им. А.В.Шубникова (72) P„.M.Имамов, А.А.Ломов, Д.В. Новиков, Д.А. Гоганов и С .М. Гутк ев ич (53) 621 . 386(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР к- 1103126, кл. G 01 N 23/20, 1984.

О.Brummer et. а1. Limits of

Hie Х-ray collimation by One Asymmetiical Bragg Reflection. Z. Naturforsch. Teil A. 1982, v, 37, р. 519523.

Андреева M.А. Теория предельноасимметричной дифракции на кристаллах с нарушенным поверхностным слоем, Поверхность, Физика, химия, механика, 1986, Р 10, с. 15-19. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ

ИСКАЖЕНИЙ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ

СОВЕРШЕННОГО МОНОКРИСТАЛЛА (57) Изобретение относится к рентгенодифракционному анализу приповерхностных слоев совершенных кристаллов и может быть использовано для отработки технологии создания изделий микроэлектроники. Цель изобретения - повышение локальности изИзобретение относится к рентгенодифракционным методам анализа совершенных монокристаллов и может быть использовано для диагностики субмикронных слоев на поверхности монокристалла.

Цель изобретения — повышение локальности измерений, расширение классаа ис с л еду емых к рис таллов .

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого способа; на фиг. 2 — типичная зависимость интенсивности дифра1599732

Ф„=.Дх.I, (1) 3

1гированного излучения от угла выхо р,а I (9„) .

Сущность способа заключается в том, что исследуемый кристалл облучают пучком рентгеновского излучения, выводят в положение резко асимметричной дифракции по Брэггу так, чтобы коэффициент асимметрии

/III был больше 1, и при неподвижном кристалле регистрируют зависимость интенсивности дифрагированного излучения от угла его выхода с поверхностью кристалла вплоть до о

О, По этой зависимости судят об искажениях структуры и толщине пленки на поверхности кристалла.

Рентгеновское излучение от источника 1 падает на исследуемый кристалл

2, находящийся в положении, удовлетворяющем условию Брэгга„. Диафрагма 3, расположенная вблизи кристалла, ограничивает площадь засвечиваемой поверхности. Поскольку падающий пучок является расходящимся, то воз— никает спектр дифрагированного излучения со всеми .возможными углами выхода, угловая зависимость интенсивности дифрагированного излучения регистрируется координатным детектором 4, например РКД-1 „

Длину волны падающего излучения

$ и индексы отражения (hKL) выбирают таким образом, чтобы угол клина дифрагирующих плоскостей с поверхностью образца был меньше угла Брэгга, а разница между ними была больше 2 Ркр (Фк — угол полного внешнего отражеяия и к наличию на поверхности рентгеноаморфного слоя с толщиной 0,5-50 нм.

Способ осуществляется следующим образом.

Для исследуемого кристалла выбирается семейство дифракционных плоскостей, составляющих с поверхностью кристалла угол p (9 ь Поскольку инГ тенсивность ПБП тем выше, чем меньше угол отклонения от точного угла Брэгга, то следует выбирать (g — (D) о Бг

1 - 3, а для повышения локальности необходимо. чтобы значение (Вьр+ Ep ) о было близко к 90 . Для стандартных полупроводниковых кристаллов, используемых в промьпиленности, удобно выбирать следующие отражения: при ориентации поверхности (111) — отраже20 ние (311) и излучение Ni, Со, Fe, а при ориентации (1 00) — отражение (311), (400) и излучение Си.

При использовании стандартных источников излучения монохроматизация падающего пучка не требуется.

Поскольку синхротронное излучение имеет спектр с большим набором длин волн со сравнимой интенсивностью, 30 то следует монохроматизировать пучок так, чтобы на измерение рассеяния при 8> Р к влияние разницы в длине волны не превышало точности эксперимента 9 ь. Так как X Ъ, то г (ф)л кр

35 ьФ ьР„ (3)

Р„

На серийно выпускаемой аппаратуре

40 легко реализуется 6 9 к, T. а Р кр имеет величину порядка 20, т. е. необходимо получить Ь7 /Я менее 5, где Х вЂ” поляризуемость кристалла„

Дифракция рентгеновских лучей от совершенных кристаллов имеет место не только при точном угле 9 но и в широком диапазоне угла, причем вдали от 6 ьр дифракционное рассеяние имеет высокую чувствительность к искажениям структуры тонких приповерхностных слоев„ При этом со стороны углов, меньших угла Брэгга, и угле скольжения дифрагированного излучения Р g близком к 1Р кр, коэффициент отражения возрастает и имеет максимум при 9 = Ф к Р. Интенсивность и форма этого максимума (поверхностного брэгговского пика (ПБП) чувст-вительна как к нарушениям структуры тонкого приповерхностного слоя, так

В данной схеме пространственное разрешение способа по сравнению с прототипом более чем HB два порядка выше и определяется следующей формулой:

S = D+H(1

50 К(6ь + Q -Л9) 1

tg ® Бр (P) (4) где D - размер диафрагмы;

Н вЂ” расстояние or диафрагмы до образца;

60 = (9 g(Q) / P необходимая расхо .димость падающего излучения д .я одновременной регистрации ПБП и центрального дифракционного максимума.

i 599732

10 где 6, и 6„

При Н = i мм D = 50 мкм о

9 (9 s> +(р) . 90 (8 — q) = 3 пространственное разрешение $ = 0,05 мм.

Пример. В качестве образца выб ира ли с ь с та нда рт на я п одложк а кремния с ориентацией (tii). Использовалось (3ll) отражение, NiKg vsО лучение. 6 ь = 28,6 . Наличие в спектре рентгеновского излучения сравнимых по интенсивности линий К и К

f 2 приводит к раздвоению брэгговского пика. Поскольку разница. длин волн

К о и К менее 0,2%, то это не влияет на форму ПБП и его угловое положение.

Для определения толщин аморфной пленки и слоя с искаженной структурой экспериментально полученную зависимость сравнивают с рассчитанной теоретически

4я1пЯ,.sin 9 ь

> (9„) — — — — - —

J sin8 + sin Q0J) (у 2 sing> + sin Iy+ я1п9 +я1п 9„ — углы скольжения падающего и отраженного излучения; б

6 og =. агся п a,ï а (2 = 2sin 9 р я1п(я — 6 ьр) е

На фиг. 2 кривая 5 — эксперимент, кривая 6 — расчет интенсивности дифрагированного излучения от совершенного монокристалла при условии нали5 чия на его поверхности аморфной пленки толщиной 3 нм.

Формула изобретения

Способ определения структурных искажений приповерхностных слоев совершенного монокристалла, включающий облучение монокристалла коллимироi5 ванным пучком рентгеновского излучения, выведение его в положение резкоасимметричной дифракции по Ьрэггу в условиях полного внешнего отражения, отличающийся тем,что, с целью повышения локальности измерений и расширения класса исследуемых кристаллов, измерения проводят при коэффициенте асимметрии, большем единицы, и разности между углом Брэг25 га и углом наклона отражающей плоскост . к поверхности образца, большей удвоенного критического угла полного внешнегс отражения, регистрируют интенсивность дифрагированного излучения or угла выхода с поверхности кристалла при неподвижном кристалле и по полученной зависимости судят о приповерхностных слоях монокрис. талла.

1599732

Составитель В. Воронов

Техред Л.Сердюкова. Корректор М, Пожо

Редактор Т. Парфенова.1

Заказ 3137 Тираж 498 ..., Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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