Diffraction des rayons X à haute résolution (HR-XRD) Mesure de semi-conducteurs composés

NOTE D'APPLICATION

INTRODUCTION

Haute résolution XRD (HR-XRD) est une méthode bien connue pour mesurer la composition et épaisseur du composé semi-conducteurs tels que SiGe, AlGaAs, InGaAs et d’autres matériaux.

Lorsque des dopants ou des impuretés sont ajoutés par substitution à un réseau monocristallin, le réseau est contraint par la présence d'atomes de dopant. Par exemple, dans le cas d'un réseau de Si, la présence d'atomes de Ge dans le réseau entraîne une contrainte de compression car les atomes de Ge sont plus grands que les atomes de Si dans le réseau. Cette contrainte change l'espacement du réseau de Si, et cette différence d'espacement peut être détectée par HR-XRD.

DISCUSSION

La figure 1 est une analyse théorique HR-XRD à partir d'une structure générique avec contrainte de compression, telle qu'une couche 10nm SiGe sur Si. Le pic net en degrés 0 provient du réseau de Si dans le substrat. La présence d'atomes de Ge plus grands entraîne l'espacement des atomes de Si dans la couche de SiGe, décalant le pic de diffraction vers des angles inférieurs (à gauche du pic du substrat). Le pic de diffraction de la couche de SiGe est beaucoup plus large que le pic de diffraction du substrat de Si en raison de la finesse de la couche de 10nm SiGe. Dans une couche aussi mince, seules quelques rangées d'atomes alignés sont disponibles pour générer un signal diffracté. Les rayons X sont donc diffractés sur un angle (relativement) grand par rapport à la diffraction à partir du substrat de Si, où il existe des milliers de rangées disponibles. générer le signal diffracté. Si la structure était soumise à une contrainte de traction, les atomes de Si seraient espacés plus étroitement que ceux du substrat et le pic de la couche serait décalé vers la droite du pic du substrat. Les pics supplémentaires, appelés «franges d'épaisseur», proviennent de l'interférence constructive des rayons X réfléchis par l'interface entre la couche de SiGe et le substrat de Si. C'est le même signal que celui utilisé pour Réflectivité des rayons X (XRR) analyse, et peut être utilisé pour déterminer l'épaisseur de la couche contrainte.

Balayage typique de HR-XRD à partir d'une structure épitaxiale de SiGe

Cette méthode peut être utilisée pour déterminer la composition de couches tendues. La figure 2 montre des analyses théoriques HR-XRD de deux échantillons constitués de 30nm de Si sur 14nm de SiGe sur Si. Dans un cas, il y a 6% Ge dans le réseau, alors que dans l'autre cas, il y a 10% Ge. HR-XRD peut facilement résoudre la différence entre ces deux structures et déterminer l'épaisseur de la couche à partir des franges d'épaisseur. En outre, la modélisation avancée peut fournir des descriptions précises des caractéristiques telles que les couches de SiGe graduées. Un large éventail de matériaux épitaxiaux peuvent être mesurés avec HR-XRD, tels que AlGaAs, InGaAs, InGaN, etc. De manière typique, les DRX peuvent déterminer la composition de ces couches à l’intérieur du X% atomique 1. Il convient toutefois de noter que HR-XRD assume que tout le dopant est présent dans le réseau. Si les dopants ou les impuretés sont de nature interstitielle, ils ne seront pas détectés par HR-XRD car ils n’ont pas d’effet sur l’espacement du réseau. De plus, HR-XRD n'identifie pas réellement le dopant, il devrait donc être utilisé uniquement pour mesurer des structures connues, et non pour identifier des espèces inconnues dans ces structures.

HR-XRD peut résoudre de petites différences en composition / épaisseur de SiGe

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