Способ определения структурных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов

СОВ СОЮЗ ЕТСНИХ СИЛППНКНИи РЕСПУБЛИК АРС Й КОМИТЕТ СССР ДЕЛИЮ РЕТЕНИй И ОТНРЫТИйОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ТВЕННЫ ИЗОВ(71) Специальное конструкторскоеинститута кристаллографии им, А.Вникова(56) 1. Авторское свидетельство СУ 894500, кл. С 01 Я 23/207, 19802. Магга У.С., Е 1 зепЬегяег Р.,аш 1 СЬо А.Х. Х-гау соСа 1 ехегпа 1 геНе 1 сг 1 оп-Вгад ЙГГгасзоп. АзггСцга 1 з 1 аду ой гЬе СаАя-А 1 1 пгегГЛ. Арр 1 РЬуз. 50(11), 1979 (проттип),54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУ ЫХфХАРАКТЕРИСТИК ТОНКИХ ПРИПОВЕ НОСТНЫХ СЛОЕВ.МОНОКРИСТАЛЛОВ, заключающийся в том, что исследуемый кристалл облучают коллимированным пучкомрентгеновского излучения, выводят вположение, соответствующее дифракци"онному отражению в условиях полноговнешнего отражения, путем поворотаисследуемого кристалла и измеряют интенсивность дифрагированного излучения, по которому судят о структурныххарактеристиках, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений и снижения энергозатрат, пучок коллимируют только перпендикулярно плоскости дифракциии интенсивность дифрагированного излучения в плоскости дифракции измеряют при неподвижном кристалле в зависимости от угла выхода дифрагированного излучения с поверхностью кристалла.11031Изобретение относится к рентгеновскому анализу монокристаллов с нарушенными поверхностными слоями и может использоваться в технологии полупроводниковых приборов для контроля режимов обработки поверхностных слоев.Известен способ исследования струк турного совершенства тонких приповерхностных слоев монокристаллов, заключающийся в том, что образец облу чают коллимированным рентгеновским излучением так, что удовлетворяются условия дифракции в геометрии Брэгга, затем поворачивают его на малые углы в обе стороны от точного брэгговско го положения и с помощью вращающегося кристалла-анализатора и установленного за ним детектора исследуют зависимость интенсивности дифрагированных волн от угла выхода к поверхности кристалла 11Этот способ позволяет исследоватьструктуру поверхностных слоев толщиной порядка длины экстинкции (т.е. вдиапазоне 0,5-10 мкм) рентгеновского25.излучения в кристалле и определятьотносительные изменения параметрарешетки в поверхностном слое с точ-бностью до 10Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ определения структурных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов, заключающийся в том, что исследуемый кристалл облучают коллимированным пучком 35рентгеновского излучения так, чтоудовлетворяются условия дифракции вгеометрии Лауэ, выводят в положение,соответствующее дифракционному отражению в условиях полного внешнего от ражения, путем поворота исследуемогокристалла и измеряют интенсивностьдифрагированного излучения, и дляразличных углов падения исследуютугловое распределение интенсивности 45зеркальной компоненты дифрагированной волны в плоскости дифракции, параллельной поверхности, посредствомсинхронного вращения кристалла и де-тектора со щелью на углы 9 и 2 В вокруг нормали,к поверхности кристалла,а для фиксации угла падения, помимовертикальной щели выделяющей направления в плоскости дифракции,устанавливают также горизонтальную 55щель 2 .Этот способ позволяет исследоватьструктуру поверхностных слоев глуби 26 3ной на 2-3 порядка меньше,чем вышеуказанный способ.Недостатком известного способа является необходимость коллимации падающего излучения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, что сопровождается большой потерей интенсивности излучения и даже при грубой коллимации, обеспечивающей измерение относительных изменений параметра решетки в слое с точностью до 10 требует привлечения мощных источников рентгеновского излучения, типа источников с вращающимся анодом.Цель изобретения - повышение точности измерений и снижение энергозатрат.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения структурных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов, заключающемуся в том, что исследуемый кристалл облучают коллимированным пучком рентгеновского излучения, выводят в положение, соответствующее дифракционному отражению в условиях полного внешнего отражения, путем поворота исследуемого кристалла и изме-, ряют интенсивность дифрагированного излучения, по которому судят о структурных характеристиках, пучок коллимируют только перпендикулярно плоскос. ти дифракции и интенсивность дифрагированного излучения в плоскости дифракции измеряют при неподвижном крис. талле в зависимости от угла выхода дифрагированного излучения с поверхностью кристалла.Кроме того, для различных углов выхода к поверхности кристалла измеряют зависимость интенсивности зеркальной компоненты от угла падения. На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа,Схема включает источник излучения1, кристалл-монохроматор 2, щель 3,исследуемый кристалл 4, детектор 5с щелью 6 и детектор 7 с щелью 8.Способ осуществляется следующимобразом.Пучок рентгеновских лучей от источника 1 мощностью 2 кВт направляетсяна кристалл-монохроматор 2 под угломБрэгга 8, Далее отраженный от кристалл-монохроматора луч падает на исследуемый кристалл 4 под малым скользящим углом ф, испытывая дифракцнюпо Лауэ на плоскостях, перпендикуляр(1) . ф 5 где 0 Ь =-281 п 2 фм 36 ных к входной поверхности исследуемого кристалла. Детектор 5 регистриру.ет дифрагированные волны с различными углами выхода из поверхности щжсталла. На детекторе 5 установленащель 6 с переменным окном, котораяпозволяет выделить из всего диапазона угловф достаточно узкую область.Размером щели 3 оцределеется ширинафронта пучка, падающего ка исследите фмый кристалл. На детектще 7 укреплена щель 8 ширцной 50 ьм. Это пвэволяет раздельно регистуФфоватьпроходящую и зеркально ограФеннуюволны,15Расходимость рентгеновского пучкав горизонтальной плоскости определяется кривой отражения первого криатегла и составляет, например для крис 1таллов кремния около 0,1 -0,2. Оче- Овидно, малое значение угла скольжения может быть легко достигнуто вследтвие малой расходимости излучения вгоризонтальной плоскости. В вертикальной плоскости коллимация отсутствует и расходимость пучка лимитируется конструкцией спектрометра.Поскольку падающее излучение неколлимировано в плоскости дифракции,то иэ кристалла одновременно выходит Зонабор зеркально отраженных дифрагированных волн, соответствующих различным отклонениям от точного условия Брэгга. Исходя изграничных условий для волновых векторов на поверхности кристалла, можно показатьчто угол выхода каждой отдельнойволны к поверхности кристалла зависит от того, какому отклонению отусловия Брэгга она соответствует. ЮНапример, если отражающие плоскостиперпендикулярны поверхности, то имеет место соотношение угол падения;угол выхода зеркально отраженной дифрагированной 50 волны;стандартный параметр отклонения от точного условия Брэгга (в. 55 плоскости дифракции)1 36 в угол отклоненияот точного условиябБрэгга;0 - угол Брэгга.В этой связи исследование интенсивноети зеркальной компоненты дифрагированной волны в зависимости от угла выкода, например, с помощью вращающегося детектора со щелью или кристалла-анализатора соответствует исследованию зависимости интенсивности от угла 6 отклонения от точного условия Брэгга, но при этом позволяет применить значительно более грубую коллимацию и дает выигрыш в интенсивности на 3-4 порядка.Действительно, согласно соотноше- нию которое следует из (1), коллимация по углу Р с точностью 1 соответствует олливации по углу В с точнор тью 10 -10 . Коллимация по углу в способе-прототипе обеспечивается с помощью кристалла-монохроматора, который позволяет получать угловую расходимость падающего излучения не лучше 1 В прототипе при определении структурных характеристик используются мощные источники излучения, такие как, например, рентгеновская трубка с вращающийся анодом. Указанный источник излучения сопряжен с возможностью возникновения опасности облучения оператора, в силу чего необходимо использовать дополнительные средства защиты от облучения, что в свою очередь требует финансовых затрат. Предложенный способ в отличие от прототипа позволяет испольэовать источники излучения с малой мощностью, такой, как, например, отпаянная рентгеновская трубка типа БСВ, что снижает требования к технике безопасности и уменьшает энергозатраты, а также повысить точность измерений при определении структурных характеристик тонких приповерхностных слоев монокристаллов, что обеспечивает получение более качественных интегральных схем.1103126 имиров ставитель Т хред А. Ач ктор А,Дзятк едактор В.Ко Заказ 4910/32ВНИИП Тираж 823сударственного комитета ССам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб. писн 13035,4 Ф ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4