화합물 반도체의 고분해능 X 선 회절 (HR-XRD) 측정

애플리케이션 노트

소개

고해상도 XRD (HR-XRD) 측정법은 잘 알려진 방법입니다. 구성 화합물의 두께 반도체 SiGe, AlGaAs, InGaAs 및 다른 재료와 같은 다른 재료를 포함 할 수있다.

도펀트 또는 불순물이 단결정 격자에 치환 적으로 첨가 될 때, 격자는 도펀트 원자의 존재에 의해 변형 될 것이다. 예를 들어, Si 격자의 경우 Ge 원자가 격자의 Si 원자보다 크기 때문에 격자에 Ge 원자가 존재하면 압축 변형이 발생합니다. 이 변형은 Si 격자의 간격을 변화 시키며,이 간격의 차이는 HR-XRD로 감지 할 수 있습니다.

토론

그림 1은 Si에 10nm SiGe 층과 같은 압축 변형이있는 일반 구조에서의 이론적 인 HR-XRD 스캔입니다. 0 각도에서 날카로운 피크는 기판의 Si 격자에서 나온 것입니다. 더 큰 Ge 원자의 존재는 SiGe 층의 Si 원자를 더 멀리 떨어지게하여, 회절 피크를 낮은 각 (기판 피크의 왼쪽)으로 이동시킨다. SiGe 층으로부터의 회절 피크는 10nm SiGe 층의 두께 때문에 Si 기판으로부터의 회절 피크보다 훨씬 더 넓다. 이러한 얇은 층에는 회절 신호를 생성 할 수있는 정렬 된 원자의 몇 행만 있으므로 X 선은 수 천 개의 행이있는 Si 기판의 회절에 비해 넓은 각도로 (상대적으로) 회절됩니다. 회절 신호를 생성합니다. 구조가 인장 변형을받는다면, Si 원자는 기판 내의 원자보다 더 가깝게 이격되고, 층 피크는 기판 피크의 오른쪽으로 시프트 될 것이다. "두께 줄무늬 (thickness fringes)"라고 불리는 부가적인 피크는 SiGe 층과 Si 기판 사이의 계면에서 반사 된 X 선으로부터의 보강 간섭 때문입니다. 이것은에 사용되는 것과 동일한 신호입니다. X 선 반사율 (XRR) 분석하고, 변형 된 층의 두께를 결정하는데 사용될 수있다.

이 방법을 사용하여 구성 변형 된 층의 그림 2에 표시된 것은 Si상의 SiGe의 30nm에서 Si의 14nm으로 구성된 두 개의 샘플에서 이론적 인 HR-XRD 스캔입니다. 하나의 경우에는 격자에 6 % Ge가 있고, 다른 경우에는 10 % Ge가 있습니다. HR-XRD는 두 구조 사이의 차이를 쉽게 해결할뿐만 아니라 두께 줄무늬에서 레이어의 두께를 결정합니다. 또한 첨단 모델링을 통해 차동 SiGe 레이어와 같은 기능에 대한 정확한 설명을 제공 할 수 있습니다. 다양한 에피 택셜 물질이 AlGaAs, InGaAs, InGaN 등과 같은 HR-XRD로 측정 될 수 있습니다. 일반적으로 XRD는 1 원자 % 내에서 이러한 층의 구성을 결정할 수 있지만 HR-XRD는 모든 도판 트가 격자 내에 존재한다는 것을 의미한다. 도펀트 또는 불순물이 본질적으로 격자 간극이라면 격자 간격에 영향을 미치지 않으므로 HR-XRD에 의해 검출되지 않습니다. 또한 HR-XRD는 실제로 도펀트를 식별하지 않으므로 알려진 구조의 측정에만 사용되어야하며 이러한 구조에서 알려지지 않은 종류를 식별하지 않아야합니다.