Способ определения структурных искажений приповерхностных слоев монокристаллов

(Ц 1) С 01 И 23/ АНИЕ И ЕТЕЛЬСТВ Р 29 лло г Новик Брэгговскаяких лучей на 974,Н К р Н 1 еЪег о 111 тпат 1 оп Ь 88 КеГ 1 ес 11 о1982, у.А 37 я предельно- и на кристалрхностным слори ци ика, хими с. 15-19 У КТ УРНЬ 1 ХСЛОЕВ МОракционнсколькотинкциивительно некстк рентге ипов ерхтных структур слоев кр ния позв ные плен ов и моанализаличных орф Цель изобретствительности к повышение чувким приповерхно-. ение возможных т осит ализ ент Изобре Ноцифракци Ностных сп врыть испо воэдейств алых техно риповерхов и может онном ев монокриста ьзовано для ан я на монокрист огических опер ов и палй пнфорллы различий (диффу имплантация яия, ионн госуддРствкннцй номитет(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕН"Я СТ ИСКАЖЕНИЙ ПРИПОВЕРХНОСТНЬ 1 Х НОКРИСТАЛЛОВ(57) Изобретение относится нодифракционному анализу и ттостных слоев монокристалл ;ет быть использовано для воздействий на образец раз технологических процессов. Цель изобретения - повышение чувствительности к тонким приповерхностным слоям, расширение возможных орпентацттй 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 1 р выбирают из услоовия ОБ - у = 1-3 . Регистрируют инБртенсивность 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 дифому зеркальному пику, нпорядков меньше глубинычто сильно повышает чусть способа к искажению1 субтонких приповерхноисталлов, а малые углыоляют измерять тонкие аки тех же толщин. 2 ил. стным слоям, расширориентаций кристалчение дополнительмации о нарушеслоях.158380 где 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 1 падает на кристалл монохрома- тора 2, находящийся в положении, удовлетворяющему условию дифракции в геометрии Брэгга. Отраженные от кристалла монохроматора рентгеновские лучи коллимируются В горизонтальной 15 плоскости щелью 3 и попадают на исследуемый 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 брэгговскогомаксимума в сторону уменьшения угла скольжения до О 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 Ор = ф ка затем спадает до нуля при 6 р = О . 35 Интенсивность и Форма этого дифракционного зеркального пика (ДЗП) чувствительны как к нарушениям структуры приповерхностного слоя, так и к наличию на поверхности рентгеноаморфного слоя, Поэтому из анализа спадания интенсивности "хвоста" кривой дифракционного отражения в диа-. пазоне углов скольжения вплоть до О мОжнО получить информацию 0 припо 45 верхностных слоях кристалла толщиной0,2-50 нм.На заданном кристалле выбираетсясемейство 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 94угол клина на 1-3 меньше угла Брэгга для выбранного порядка отражения,чтобы интенсивность ДЗП была ещедостаточно высокой.Параметры поверхностных слоев(фактор Дебая-Валлера, толщина аморфного слоя) определяют, сравниваяФорму и интенсивность дифракционногозеркальчого пика, а также интенсивность "хвоста" кривой дифракционногоотражения вблизи него с теоретической моделью. Для вычисления коэфФициента отражения используют выражениерьР 1 =1 у+(У -Ь)ех1 к 21 у 1 сА(Е )хо(Первый сомножитель описывает коэффициент отражения от подложки, а второй - учитывает искажения структурыв переходном слое пленка - подложка (величина В(Е и наличие аморфной пленки на поверхности образца(1 - направляющие косинусы, Х , х- фурье компоненты поляризуемости кристалла,С - поляризационный множи- тель А(е ) ехр 1- р ( - + - )е1 1у/хм / толщина аморфной пленки,/. - толщина переходного слоя В(Е) = ехр 1-11(Е) + Щ(Е)+ 1 цЕ),1/1(Е) - статический фактор ДебаяВаллера,ФЕ) = 1 Пэ 1 - 2///(1 Й - межплоскостное расстояние,1583809 6ратуре без каких-либо переделок сприменением в качестве источника излучений рентгеновских трубок мощностью не более 2 кЕт. Репдй(е) Формул а ос 1 1 с с - Ь,1 с/ 2 ГМ1 с, 1 с - волновые вектора,Ь - вектор обратной решетки.Возможность реализации способа идостижение положительного эффекта подтверждается следующим примером.Исследовалась стандартная кремниевая подложка с ориентацией 111 1. Выбиралось семейство отражающих плоскостей 13111 , которые в этом случае отклонены От поверхности пластины на угол с 27,6. Угол Брэгга для отражения (311) и М;1 с 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 пленкой2,0 нм и с расположенным под ней переходньм слоем с искаженной структурой (Фактор Дебая-Валлера для слоя равен 0,3) толщиной 1 нм. Хорошо видно, что кривые 1 и 3 удовлетворительно совпадают.Использование предлагаемого способа позволяет исслеповать тонкие приповерхностные слои толщиной 0,2- 50 нм. Для измерений годится произвольно ориентированный кристалл, что сильно расширяет возможности методи. ки. Все эксперименты могут проводиться на стандартной рентгеноввкой аппаизобретения Способ определения структурных искажений приповерхностных слоев моно.10 кристаллов, заключающийся в том, чтоисследуемый кристалл устанавливаютв асимметричное брэгговское положение, при этом падающий пучок составляет меньший угол скольжения в сравнении с отраженным, а, угол наклонакристаллографической плоскости к поверхности кристалла с близок к углуБрэгга . Вб, облучают монокристалл20монохроматизированным коллимированным в плоскости дифракции рентгеновским излучением, выводят в положение,соответствующее брэгговскому отражению записывают кривую распределе"25ния интенсивности отраженных рентгеновских лучей при повороте исследуемого кристалла вблизи брэгговскогомаксимума и по ней судят о параметрахнарушенных слоев, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности к тонким приповерхностным слоям кристаллов и получения дополнительной информации онарушенных слоях, угол с выбираютиэ условия Эб - ч = 1-3 , а кривую35 распределения интенсивности отраженныхрентгеновскихлучей записывают в интервале углов скольжения от нуля докритического угла полного внешнего1583809 и/се ктор М.Ш икова едакто писн НТ СССР ггия тент", г ород, ул. Гагарина, 101 изводственно-издательскии комби Заказ ВНИИП оставитель В.Воронов Техред Л,Сердюкова 49 Тираж 495Государственного комитета по изобретениям и от 113035, Москва, Ж, Раушская наб