Способ дифракционного анализа структуры монокристаллов

Свез СфеетеиыкСфциалыстычесинкРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 938113(51) М. Кл. б 01 й 23/20 с присоединением заявкн РЙ -(23) Приоритет Всударстювй квинтет СССР ае дейли езобретеиий и еткрытяй(72) Авторы изобретения Ларсиий гссуйаюевеииаФ уаверсиййс(7) Заявитель ар 4) ОСОБ ДИФРАКЦИОННОГО АНАЛИЗАРУКТУРЫ МОНОКРИСТАЛЛОВ 1Изобретение относится к неразрушающему анализу кристалатческой структуры веществ, в частности полупроводниковых монокристаллов и тонких пленок методами дифракции излучения рентгеновского диапазона длин волн.Известен рентгенодифракдионный способ дифракционного анализа диффузискных слоев основанный на разатчии в длинах путей прохсткдения падающего и дифра- о тированного лучей для двух порядков пифракдисеного отражения от кристаллографических плоскостей, параллельных поверхности кристалла. При этом, для более низкого порядка отражения, для кото рого угол дифракдии меньше, длина пути летучей и поглощение в кртсталле больше, чем для более высокого порядка 113,Наиболее близким к изобретению является способ дифракционного анализа структуры монокристаллов, состоящий в том, что направляют на роверхность кристалла рентгеновский гчй измеряют интенсивность . ттучай диафрагированного через грань кристалла, непараллельную его поверхность и измеряющий параметры решетки тонких кристаллических пленокйвыращенных на массивной монокристаллической подложке в условиях полного внутсреннего отражения рентгеновских лучей от подложки и брэгговской дифракции в пленке.В известном способе использована некомпланарная геометрия дифракционного эксперимента, заключающаяся в том, что падающий луч южит в плоскости, проходящей через падающий луч и перпендику дурной к поверхности кристалла, а дифрагированный луч не лежит в этой плоскости. При такой некомпланатаой геометрии эксперимента, падающий под некоторым углом к йоверхности кристалла ттуч отражается. от кристаллографических атомных плоскостей, расположенных под таким углом к входной поверхности кристалла, что дифрагированный луч не лежит уже в плоскости падения и выходит через3 938 1грань кристалла не параллельную входнойповерхности 2,Применение первого способа при дифракгцюи в условиях компланарной геометгии эксперимента ограничена минимальнойтолщиной исследуемого слоя. Кроме того,изменение угла дифракции на величину,соответствующую другому порядку отражения не дает возможности провести непрерывное послойное исследование структуры образца, так как толщина исследуемых слоев при таком изменении угла дифракции дискретно зависят от порядка отражения.Второй способ предназначен в первую 5очередь для анализа тонких пленок, выращенных на массивной подложке. При этомсущественно, что полное внутреннее отражение от подложки препятствует прохождению в нее луча, а значит н потере ин- Ытенсивностн. Известный способ ограничен условием применения полного внутреннего отражения от слоя лежащего ниже исследуемого, т.е. при падении рентгеновских лучей на пленку некоторого исследуемого вещества под углом, дающимполное внутреннее отражение от подложки,может оказаться, что уже этот угол падения является критическим для самой исследуемой пленки. В итоге полное внутреннее 9отражение будет. наблюдаться от самойпленки и получить от нее структурную информацию таким образом возможно.Следовательно, способ, основанный на полномвнутреннем отражении - брэгговской дифракции - ограничен применением лишьдля специально подобранного состава пленки и подложки. Кроме того, на основе какпервого, так и второго методов невозможно провести прямое непрерывное псслойное изучение дефектов структуры, т.е. осуществить непрерывную послойную типографию. Цель изобретения - обеспечение воз 45можности непрерывного анаагза поверхностных слоев различной толщины.Указанная цель досцггается тем, чтосогласно способу дифракционного анализаструктуры монокристаллов, состоящем втом, что направляют на поверхность крис талла рентгеновский луч, измеряют интенсивность луча, дифрагированного через грань кристалла, непараллельную его поверхности, глубину исследуемого слоя изменяют при постоянном угле дифракции путем поворота кристалла вокруг двух взаимно перпендикулярных пересекающихся друг с другом и с подающим лучом 13 4осей, лежащих в плоскости поверхности кристалла, одна из которых лежит в плоскости, проходящей через падавший луч и нормаль к поверхности кристалла.Кроме того, при изменении угла падения излучения в плоскости, параллельной поверхности кристалла, в условиях некомнланарной геометрии эксперимента фиксируются различные порядки отражения. Регистрация дифрапгрованной волны осуществляется любым известным способом(счетчиком, фотопластинкой, фотопленкой или рентгеновским видиконом).На чертеже схематически представлена геометрия способа.Падающий на кристалл луч МО лежит в плоскости, перпендиКулярной входной поверхности кристалла С. Луч МО проходит внутрь кристалла, падает под уголом Брэгга 8 на кристаллографическую плоскость, Дифрагированный луч ОМ не лежит в плоскости падения и выхожт через боковую поверхность кристалла В, Падающий луч МО составляет с входной поверхностью кристалла угол. При изменении углав плоскости падения путь луча кристалла 00 изменяется. Таким образом, при изменении угла можно исследовать слои различной толшины. На чертеже изображены оси АА, ВВ и СС . При неизменном положении в пространстве падающего луча МО изменение угла падения 9 можно задать поворотом кристалла вокруг оси ВВ, .А При повороте кристалла вокруг оси -С изменяется угол дифракции. В . Вращение кристалла вокруг оси АА 1 приведен к изменению направления дифрагированногоуча О.Наиболее просто и целесообразно осуществлять предлагаемый способ при анализе кристаллов дифракцией рентгеновских лучей, так как в этом случае можно использовать стандартную аппаратуру и специальные приспособления ( рент гено графические и рент генотопографические камеры). При использовании стандартного рентгеновского оборудования направление падающего пучка рентгеновских цучей фиксировано, кристалл крепится на гониометрнческой головке и изменение углападения в плоскости падения осуществляется соответствующим перемещением кристалла по дуге гониометрической головки, а изменение угла дифракции осуществляется поворотом гониометрической головки и кристалла, как целого, вокруг . вертикальной оси.что направляют на поверзность кристалларентгеновский луч, измеряют интенсивность луча, дкфращрованного через гранькристалла, не параллельную его лонероности, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что,с целью обеспечения воэможности непрерывного анализа щюерхнастных слоев различной толщины, глубину исследуемогослоя изменяют при постожном угле дифракцни путем поворота рксталла вокругдвух взаимно перпендикулярных пересекающихся цруг с другом и с падающим лучом осей, лежащих в плоскости поверхности кристалла, одна из которых лежит вплоскости, проходящей через подаюаайлуч н нормаль к поверхности кристалла. 1, НсевКа СЗ. Х-юу ехсвмисЮои о%ЭКОМОГ ЩЕЬ.-"ТЪМ сОМ ТЬЕ", И,19761 Р.4 Я -464. аэ 4448/64Подписное ВНИИПИ ЗакТираж 88 5 ЙЭ 81Использавание предлагаемого способа обеспетавает, по сравнению с известным, вазможность наразрушающего непрерывного послойного изучения структуры крис-, таллических слоев дифрактометрическим 5 методом, позволит оперативно извлекать информацию о концентрационном профиле состава и вариации состава в кристаллах многокомпонентных твердых растворов нощправодникав и при диффузии в прослойках. Возможность непрерывного послойного топографического анализа позволяет извлекать информацию о дефектной структуре кристаллов степени концентрации дислокаций по толщине н, в частности об их 13 направлении. Предлагаемый способ поэвоаст исследовать особенности структуры непрерывно по толщине кристалла в широкам диапазоне толщин исследуемых слоев.Применение предлагаемого способа в Ю материаловедении и, в частности для анаагза многокомпонентных полупроводниковых кристаллов и пленок, позволит выявить причины их кристаллографического несовершенства, корректировать техноло- ф сию их роста, а значит приведет к улучшению качества и срока службы полупроводниковых приборов.Формула изобретенияСпособ днфракционного анализа струк- За туры манокристаллов, состоящий в том,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе2.Могга МС.,ИьепЪещег РА У.Ою Х-гом Ьо 1 о 6-ех 1 егаС-геЫесйоь - Вгаят ФЬ асОоъ: А Мл-осЬи оС ъодч, о% Оа Сй М-Ай ЬФЯгЕасе.-"Х АррЕ.РЬЧ 4., 50(И),1 979 я.Ь 937-69 ЪЗ филиал ППП "Патент,г.Ужгород,ул. Проектная,4