化合物半导体的高分辨率X射线衍射(HR-XRD)测量

应用笔记

引言

高分辨率 XRD (HR-XRD)是一种众所周知的测量方法 组成 和化合物的厚度 半导体 例如SiGe,AlGaAs,InGaAs和其他材料。

当掺杂剂或杂质被替换地添加到单晶格中时,晶格将因掺杂剂原子的存在而变形。 例如,在Si晶格的情况下,晶格中Ge原子的存在导致压缩应变,因为Ge原子大于晶格中的Si原子。 该应变改变了Si晶格的间距,并且这种间距差异可以通过HR-XRD检测。

讨论

图1中显示的是来自具有压缩应变的通用结构的理论HR-XRD扫描,例如Si上的10nm SiGe层。 0度处的尖峰来自衬底中的Si晶格。 较大的Ge原子的存在导致SiGe层中的Si原子进一步间隔开,将衍射峰移动到较低的角度(在衬底峰的左侧)。 由于10nm SiGe层的薄度,来自SiGe层的衍射峰比来自Si衬底的衍射峰宽得多。 在这样薄的层中,只有几行对准的原子可用于产生衍射信号,因此与来自Si衬底的衍射相比,X射线在(相对)宽的角度上衍射,其中有数千行可用于产生衍射信号。 如果结构处于拉伸应变下,那么Si原子将比基板中的那些间隔得更近,并且层峰将移动到基板峰的右侧。 被称为“厚度条纹”的附加峰来自于从SiGe层和Si衬底之间的界面反射的X射线的相长干涉。 这与用于的信号相同 X射线反射率(XRR) 分析,并可用于确定应变层的厚度。

来自外延SiGe结构的典型HR-XRD扫描

这个方法可以用来确定 组成 紧张的层。 图2中所示的是来自两个样品的理论HR-XRD扫描,所述样品由Si上SiGe的30nm上的Si的14nm组成。 在一种情况下,晶格中存在6%Ge,而在另一种情况下存在10%Ge。 HR-XRD可以很容易地解决这两种结构之间的差异,并从厚度条纹确定层的厚度。 此外,高级建模可以提供精确的特征描述,例如渐变SiGe层。 可以使用HR-XRD测量各种外延材料,例如AlGaAs,InGaAs,InGaN等。通常,XRD可以确定这些层的组成在1原子%内,但是,应该注意HR-XRD假设所有掺杂剂都存在于晶格中。 如果掺杂剂或杂质在性质上是间隙的,那么它们将不会被HR-XRD检测到,因为它们对晶格间距没有影响。 此外,HR-XRD实际上并不识别掺杂剂,因此它应仅用于测量已知结构,而不是用于识别这些结构中的未知物种。

HR-XRD可以解决SiGe组成/厚度的微小差异

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