Способ контроля поверхностного слоя полупроводникового монокристалла и трехкристалльный рентгеновский спектрометр для осуществления способа

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСКОМУ С8И ТИЗЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (т 763751 (22) Заявлено 160580 (21) 2924065/18-25 (51) М, Кл. с присоединением заявки Ио 2924066/18-25

G 01 N 23/207

ГосударствеиинЯ комитет

СССР

no aeneas бpииЯ и откРытиЯ (23) Приоритет

Опубликовано 301281 Бюллетень йо 48 (SS) V 548.735 (088.8) Дата опубликования описания 30. 12. 81

A.М. Афанасьев, A.À. Завьялова, P.Ì.ÈMàìîâ, М.В. Ковальчук, Э.Ф.Лобанович и В.П.Болдырев

;,ч;.С .(Ая (72) Авторы изобретения

11,ЬЛЙЭТЕИ

Институт кристаллографии им. A.В.Шубникова АН СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МОНОКРИСТАЛЛА и ТРЕХКРИСТАЛЬНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ СПЕКТРОМЕТР

ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

Практически любой процесс производства полупроводниковых приборов планарного типа. включает операции по созданию поверхностного слоя в полупроводниковом монокристалле, структура которого отлична от структуры исходного монокристалла (диф-. фузия, ионное легирование, эпитаксия, аморфиэация излучением и др.).

tIo основному авт. св. 9 763751. известен способ контроля поверхностного слоя полупроводникового монокристалла, заключающийся в том, что производят съемку кривой дифракционного отражения от исследуемой поверхности монокристалла, измеряют интегральные интенсивности дифракционных максимумов от исследуемой и ненарушенной поверхностей контролируемого монокристалла, по разности указанных интенсивностей и угловому диапазону дифракции от исследуемого слоя находят среднее изменение периода решетИзобретение относится к рентгеноструктурным методам контроля технологии производства полупроводниковых материалов, а именно к конструкции трехкристального рентгеновского спектрометра. ки в указанном слое и ето толщину, причем контроль осуществляют по указанным параметрам jlj.

В известном способе подразумевается, что хвосты, трехкристальной кривой дифракционного отражения от нарушенного слоя обусловлены динамическим рассеянием. Вместе с тем, такая ситуация имеет место не всегда, поскольку в интенсивность хвостов кривой дифракционного отражения может вносить вклад диффузное рассеяние на дефектах а исследуемом слое. Однако для точного определения искомых параметров, по которым осуществляют контроль (среднее изменение параметра решетки и толщина нарушенного слоя), необходи" мо использовать только составляющую .динамического рассеяния в интенсивности хвостов, трехкристальной кривой дифракционного отражения.

Известен трехкристальный спектро25 метр дяя исследования структурного совершенства монокристаллов, содержащий источник рентгеновского излучения, расположенные по ходу рентгеновского пучка держатели с первым и

30 вторым кристаллами монохроматорами, 894501 держатель :исследуемого монокристалла и детектор дифрагнрованного исследуемым монокристаллом рентгеновского излучения, причем держатель второго кристалла-монохроматора и держатель исследуемого кристалла установлены с воэможностью поворота относительно одной и той же оси (2).

Этот спектрометр позволяет произвести перестройку со схемы измерения с двумя монохроматорами на схему измерения с одним монохроматором и кристаллом-анализатором, в качестве которбго в этой схеме можно использо вать второй кристалл-монохроматор, однако, в этом спектрометре необходи

- мо производить повторную вотировку исследуемого монокристалла и кристалла-анализатора или изменять схему

Кроме того, использование в этом спектрометре щелевого монокристелла с многократным отражением приводит к потере важной информации.

Наиболее блнэким к предлагаемому является трехкристальиый рентгеновский спектрометр, содержащий источник рентгеновского излучения, установлен иые по ходу рентгеновского пучка, держатель с плоским кристаллом«монохроматором, поворотный держатель исследуемого монокристалла, поворотный держатель с кристаллом-анализатором и детектор дифрагированного кристаллом-анализатором реитгеновско го излучения (3), Такой спектрометр позволяет провести анализ двухкристальной кривой отражения от исследуемого моиокристалла и выделить, например, диффузную составляющую в интенсивности отраженного исследуемым монокрис-.. таллом излучения, но ие позволяет получить от исследуемого монокристалла собственную кривую отражения, которую получают при монохроматизации первичного пучка двумя кристаллами-монохроматорами, без переста новки исследуемого монокристалла и кристалла-анализатора.

При исследовании полупроводниковых монокристаллов с целью контроля технологических режимов по их влия-i yo нию,н@ структуру поверхностного слоя для точного определения параметров, по которым осуществляется контроль, неебходимо иметь трехкристальную собственную кривую дифракционно:rc3 отражения от исследуемого кристалла- и кривые, полученные на хвостах двухкристальной кривой отражения от исследуемого монокристалла с помощью кристалла-анализатора.

Таким образом, недостатком иэвест- е0 ного технического решения является сложность процесса .перестройки спектрометра на схему измерения с двумя кристаллами-монохроматорами, обусловленная, необходимостью пе" . 65 реноса исследуемого и анализирующего кристаллов из закрепления их в других держателях, что автоматически приводит к разъюстировке спектрометра и необходимости его дополнительной настройки.

Цель изобретения — повышение точности контроля поверхностного слоя полупроводниковых кристаллов и упрощение процесса перестройки спектрометра на схему измерения с двумя кристаллами-монохроматорами.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля поверхностного слоя полупроводникового монокристалла по авт. св. Р 763751 дополнительно производят облучение исследуемого монокрнсталла монохроматическим пучком рентгеновского из-. лучения в его угловом положении, отстоящем QT положения, соответствующего максимуму интенсивности дифрагированного излучения, на величину, не меньшую полуширины пика диффузного рассеяния, производят анализ дифрагированного излучения с помощью поворотного кристалла анализатора, определяют площадь под пиком диффузного рассеяния и вводят поправку в измеренную известным способом величину.

Кроме того, в трехкристальном рентгеновском спектрометре, содержащем источник рентгеновского излучения, установленные по ходу рентгеновского пучка держатель с плоским кристаллом-монохроматором, поворотный держатель исследуемого монокристалла, поворотный держатель с кристаллом-анализатором и детектор, поворотный держатель исследуемого монокристалла и поворотный держатель с кристаллом-анализатором установле-ны иа общем поворотном основании, причем оси поворота держателя исследуемого монокристалла и поворотного кристалла-анализатора расположены на равных расстояниях от оси поворота общего основания на линии, проходящей через ось поворота основания, причем в апектрометр введены средства фиксации общего основания, по крайней .мере в его угловых положениях, отстоящих друг от друга на 180

Иа чертеже показана схема спектрометра.

Способ осуществляется следующим образом.

На первом этапе реализации первые два кристалла являются монохромато-. рами, а третий кристалл исследуемый.

В этом случае получают трехкристальные собственные кривые отражения., не искаженные инструментальной ошибкой. При съемке нарушенного слоя кривая дифракционного отражения содержит хвосты, интенсивность которых складывается, в общем случае, 894501 иэ интенсивности динамического рассеяния и интенсивности диффузного рассеяния на дефектах в нарушенном слое. Затем измеряют кривую дифракционного отражения от идеального кристалла, используя, например, об" ратную ненарушенную сторону исследуемого монокристалла.

Затем, на втором этапе, исследуемый монокристалл ставят в трехкристальном спектрометре вторым. по ходу рентгеновского пучка. При. этом его отворачивают от углового положения, соответствующего максимуму интенсивности дифрагированного им излучения, на величину, не меньшую полуширины пика диффузного рассеяния. За счет этого в дифрагированном исследуемым. монокристаллом излучении существенно ослабляется интенсивность динамического дифракционного рассеяния и происходит его угловое отделение от пика диффузного рассеяния. Производят анализ отраженного исследуемым монокристаллом излучения с помощью третьего поворотного кристалла-анализатора, получают пик диффузного рас- д сеяния и определяют его интегральную интенсивность путем изменения площади под пиком, Затем из интегральной интенсивности кривой дифракционного отражения от исследуемого монокристалла, полученной на первом этапе, вычитают ин тегральную интенсивность кривой дифракционного отражения от идеального монокристалла и интегральную интенсивность пика диффузного рассеяния, в результате чего получают составляющую динамического рассеяния в нарушенном слое исследуемого монокристалла. Затем на основе полученной величины производят расчет величин среднего изменения параметра решетки в нарушенном слое и его толщины так, как это описано в известном способе.

Данный способ позволяет более точ- щ

I но контролировать технологию производства полупроводниковых приборов эа счет более высокой точности опрЕделения параметров, по которым осуществляется контроль. Способ особен- ур но предпочтителен при сильной аморфизации нарушенного слоя и большом количестве дефектов кластерного типа.

Для Реализации предлагаемого способа можно испольэовать трехкристальный рентгеновский спектрометр, который содержит источник 1 рентгеновского излучения, плоский кристалл-монохроматор 2, исследуемый монокристалл 3, установленный в поворотном 60 держателе 4, кристалл-анализатор 5, установленный в поворотном держателе б, детектор 7 излучения. Держатели 4 и 6 установлены на общем поворотном основании 8, причем их оси 65 повОрота расположены на прямой, проходящей через ось поворота основания 8, на равных расстояниях от нее.

В общем основании на угловом расстоянии друг от друга, равном 180 выполнены пазы 9, по крайней мере в один из которых заходит фиксатор 10.

Устройство работает следующим образом.

В положении, показанном на чертеже, получают кривые отражения от исследуемого монокристалла 3, отвернутого на некоторый угол от положения, соответствующего максимуму диф" рагируемого им излучения. Эти кривые получают путем развертки отраженного монокристаллом 3 излучения с помощью кристалла-анализатора 5. По этим кривым определяют вклад диффузного рассеяния в кривую отражения от исследуемого монокристалла и некоторые другие параметры.

Для получения собственной кривой отражения от исследуемого монокристалла 3 общее основание 8 освобождают путем удаления фиксатора 10 из паза 9 и поворачивают его на 180, после чего снова фиксируют. При этом исследуемый монокристалл 3 и кристалл-анализатор 5 меняются своими местами, поскольку их центры поворота расположены радиально на одинаковом расстоянии от центра поворота общего основания 8 на прямой, проходящей через ось его поворота. Теперь кристалл-анализатор 5 играет роль второго кристалла-монохроматора, и детектор 7 регистрирует собственную кривую дифракционного отражения от исследуемого монокристалла, по которой определяют угловой диапазон дифракции и интегральную интенсивность отраженного иследуемым мо нокристаллом излучения на хвостах кривой дифракционного отраже" ния, образующихся в результате структурных нарушений в поверхностном слое исследуемого монокристалла. Затем получают идеальную трехкратную кривую путем поворота исследуемого монокрисо талла 3 на 180 в собственном держателе 4 и введения в отражающее положение его недефектной поверхности.

Таким образом получают совокупность кривых, по которым определяют

Параметры, необходимые для контроля подвергнутого обработке полупроводникового монокристалла. °

Предлагаемый спектрометр позволяет произвести экспрессную перестройку с одного режима работы на другой, что в целом сокращает время на получение исходных данных для последующего контроля.

Формула изобретения

1. Способ контроля поверхностного слоя полупроводникового монокрис894501

Сост ав ит ель К. Кононов

Редактор Н.Безродная Техред A. Бабинец Корректор Г.Решетник

Заказ 11472/68

Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ю талла по авт. св. 9 763751 о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности контроля, допол" нительно производят облучение исследуемого монокристалла однократно монохроматиэированным пучком рентгеновского излучения в его угловом по5 ложении, отстоящем от положения, соответствующего максимуму интенсивности дифрагированного излучения, на величину, не меньшую полуширины пика диффузного рассеяния, производят анализ дифрагированного исследуе - мым монокристаллом излучения с помощью поворотного кристалла-анализатора, определяют площадь под пиком диффузного,рассеяния и вводят поправку в измеренный известным способом параметр.

2. Трехкристальный рентгеновский спектрометр для осуществления способа по п. 1, содержащий источник . 20 рентгеновского излучения, установленные по ходу рентгеновского пучка держатель с плоским кристаллом-монохроматором, поворотный; держатель исследуемого монокристалла, поворотный держатель с кристаллом-анализатором йдетектор, о т л и .ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения процесса перестройки спектрометра на схесхему измерения с двумя кристалламимонохроматорами, поворотный держатель исследуемого монокристалла и поворотный держатель с кристалломанализатором установлены на общем поворотном основании, причем оси поворота держателя исследуемого монокристалла и поворотного, держателя кристалла-анализатора расположены на равных расстояниях от оси поворота общего основания на линии, проходящей через ось поворота основания, причем в спектрометр. введены средства фиксации общего основания, по крайней мере в его угловых положениях, отстоящих друг от друга иа

180 +.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 763751, кл. 0 01 И 23/207, 1979 (прототип).

2. Ковальчук М.В. и др. Трехкристальный рентгеновский спектрометр для исследования структурного совершенства реальных кристаллов.-ПТЭ, 1976, 9 1, с. 194"196.

3. Pick М.A. et at. A New Automatic Tripfe-Crystal Х-Ray 01тfractometer for the Precision Measurements

of gntensity 01stribution of Bragg

Diffraction and Huand Scattering.

-J. App . Cryst. 1977, 10, р. 450477 (прототип).