Способ дифракционного анализа структуры монокристаллов

Сетей Сееетеиыв

Сфциалыстычесимк

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВ ЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< .938113 (61) Дополнительное к авт. свкд-ву(22) Закалено 12. 12,80 (21) 32 16286(18-25 (Cl)NL. Кл.

G 01 и 23(20 с присоединением заявки J4— (23) Приоритет 1Ъвудэрстюиивй квинтет

CCCP ае йжйеи вюбретеиий и еткрытвй

Опубликовано 23.06.82. трюллетснь М 23

Дата опубликования описания 27.06.82 (53) УДК 548.73 (088.8) Ю. П. Хапачев н М. Л. Андреева (72) Авторы изобретения .

1<,. д

Клблркиио-Балкарский госуио килеииый у иерсир и,, ... (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ДИФРАКЦИОННОГО АНАЛИЗА

СТРУКТУРЫ МОНОКРИСТАЛЛОВ

Изобретение относится к неразрушающему анализу кристалтвтческой структуры веществ, в частности полупроводниковых монокристаллов и тонких пленок методами дифракции излучения рентгеновского диапазона длин волн.

Известен рент генодифракционный способ цифракпионного анализа циффуэионных слоев основанный на разатчии в длинах путей прохсткдения падающего и дифра- о тированного лучей цля двух порядков днфракцисжного отражения от кристаллографическкк плоскостей, параллельных поверхности кристалла. При этом, для более низкого порядка отражения, для кото- >s

pore угол дифракции меньше, алина пути лучей и поглощение в кристалле больше, чем для более высокого поряцка (1).

Наиболее близким к изобретению яв- о ляется способ днфракционного анализа структуры монокристаллов, состоящий в том, что направляют -на поверхность кристалла рентгеновский т ч, измеряют интенсивность . луча, диафрагированного через грань кристалла, непараллельную его поверхность и измеряющий параметры решетки тонких кристаллических пленок,выращенных на массивной монокристаллической подложке в условиях полного внут реинего отражения рентгеновских лучей от подложки и брэгговской дифракции в пленке.

B известном способе использована некомпланарная геометрия дифракционного эксперимента, заключающаяся в том, что пацающий луч лежит в плоскости, проходящей через падающий луч и перпенции лярной к поверхности кристалла, а дифрагированный луч не лежит в этой плоскости. При такай некомпланатаой геометр рии эксперимента, падающий под некоторым углом к йоверхности кристалла )туч отражается. or кристаллографических атоьеных плоскостей, расположенных под таким углом к входной поверхности кристалла, что дифрагированный луч не лежит уже в плоскости падения и выходит через

3 938 i грань кристалле не параллельную входной Р3

Применение первого способа при дифрекщги в условиях компланарной геометрии эксперимента ограничена минимальной толщиной исследуемого слоя. Кроме того, изменение угла дифракции не величину, соответствующую другому порядку отражения не дает возможности провести непрерывное послойное исследование струк- 10 туры образца, так как толщине исследуемых слоев при таком изменении угла дифракции дискретно зависят от порядка отражения.

Второй способ предназначен в первую 15 очередь для анализа тонких пленок, выращенных на массивной подложке. При этом существенно, что полное внутреннее отражение от подложки препятствует прохождению в нее луча, а значит н потере ин- 2g тенсивностн. Известный способ ограничен условием применения полного внутреннего отражения от слоя лежащего ниже исследуемого, т.е. при падении рентгеновских лучей lia пленку некоторого ис- 25 следуемого вещества под углом, дающим полное внутреннее отражение or подложки, может оказаться, что уже этот угол падения является критическим для самой исследуемой пленки. B итоге полное внутреннее 9 отражение будет. наблюдаться от самой пленки и получить от нее структурную информацию таким образом возможно.Следовательно, способ, основанный на полном внутреннем отражении — брэгговской дифракции - ограничен применегпгем лишь для специально подобранного состава пленки и подложки. Кроме того, на основе как первого, так и второго методов невозможно провести прямое непрерывное псслой« ное изучение дефектов структуры, т.е. осуществить непрерывную послойную типоt ðaфию.

Uemь изобретения - обеспечение воз45 можности непрерывного анаагза поверхностных слоев различной толщины.

Указанная цель досцггается тем, что согласно способу дифракционного анализа структуры монокристаллов, состоящем в том что направляют на поверхность крис-5О телла рентгеновский луч, измеряют интенсивность луча, дифрагировенного через грань кристалла, непараллельную его поверхности, глубину исследуемого слоя изменяют при постоянном угле дифракции путем поворота кристалла вокруг двух взаимно перпендикулярных пересекающих ся друг с другом и с подающим лучом

18 4 осей, лежащих в плоскости поверхности кристалла, одна из которых лежит в плоскости, проходящей через падающий луч и нормаль к поверхности кристалла.

Кроме того, при изменении угла падения излучения в плоскости, параллельной поверхности кристалла, в условиях некомнланарной геометрии эксмримента фиксируются различные порядки отражения. Регистрация дифрапгрованной волны осуществляется любым известным способом

I (счетчиком, фотопластинкой, фотопленкой нли рентгеновским видиконом). На чертеже схематически представлена геометрия способа.

Падающий на кристалл луч MO лежит в плоскости, перпендикулярной входной поверхности кристалла С. Луч МО проходит внутрь кристалла, падает под yr лом Брэгга 8 на кристаллографическую плоскость, Дифрагированный луч ON не лежит в плоскости падения и выхоГегт через боковую поверхность кристалла В.

Падающий луч МО составляет с входной поверхностью кристалла угол $ . При изменении угла g в плоскости падения

1 путь луча кристалла 00 изменяется.

Таким образом, при изменении угла можно исследовать слои различной толI шины. На чертеже изображены оси АА, dB и CC . При неизменном положении в пространстве падающего луча MO из. менение угла падения 9 можно задать поворотом кристалла вокруг оси ВВ ..

4 (При повороте кристалла вокруг оси .С изменяется угол дифракции. В . Вращение кристалла вокруг оси АЮ приведен к изменению направления дифрагированного а ОИ.

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 (рентгенографические и рент генотопографические камеры). При использовании стандартного рентгеновского оборудования направление падающего пучка рентгеновских Лучей 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 поверхность кристалла

pear ãåíîâñêèé луч, измеряют интенсивность луча, дкфращрованного через грань кристалла, нв параллельную его новер ь. ности, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, ° с целью обеспечения вовмсисностн непрерывного анализа щюерхностных слоев различной талшины, глубину исследуемого слоя изменяют при настойном угле дифракцни путем наворота «рксталла вокруг двух взаимно пер еендикулярных пврвсека» ющнхся друг с другом и с падающим лучом осей, лежащих в плоскости noaeymocти кристалла, одна из котаръас лежит в плоскости, проходящей через подающий луч н нормаль к поверхности кристалла.

4. House сЯ. X;ray ехсц иисЮои о%

&Яомс Щеь.-"ТФни Sold Тjtyns", 25>

3975,р.4Я -464.

5 ЙЭ81

Испольвавание предлагаемого способа обеспежвает, 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 растворсв полупроводников и при диффузии в прослойках. Возможность непрерывного послойного топографического анализа позволяет извлекать информацию о дефектной структуре кристаллов степени концентрации дислокаций по толщине и, в частности об их $ направлении. Предлагаемый способ позвоаст исследовать особенности структуры непрерывно по толщине кристалла в широкам диапазоне толщин исследуемых слоев.

Применение предлагаемого способа в материаловедении н, в частности для анащгза многокомпонентных полупроводниковых кристаллов и пленок, позволит выявить причины их кристаллографнческого несовершенства, корректировать технологию их роста, а значит приведет к улучшению качества и срока службы полупроводниковых приборов.

Формула изобретения

Способ дифракционного анализа струк- Зй туры монокристаллов, состоящий в том, l

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. МОгга &.С.,И5ЕпЪеЩег P., А.YCbo

Х-mal Ьо1ос -ех е вам-гейбесйоь—

Ьгсщц ФЬ"ассов: АМл.осЬи-оС stud о% 4.Ъе Qa As-AE ЬМгЕосе.-"J. АррЕ.РЬч4 ., 50 И),1979Я ЬЩ7-69».

ВНИИПИ Заказ 4448/64

Тираж 887 Подписное

Филиал ППП "Патент, r.Óæãoðoä,ул. Проектная, 4