Untersuchung einer Dünnschicht mittels Röntgenreflektometrie

Da der Refraktionsindex von Materialien gegenüber Röntgenstrahlen etwas weniger als 1 beträgt, kann das Phänomen der Totalreflexion von Röntgenstrahlen beobachtet werden, wenn diese eine Probenoberfläche im flachen Winkel durchdringen. Indem die Intensität der Totalreflexion (Reflektivität) als eine Funktion des Einfallswinkels unter Berücksichtigung der Dünnschichtoberfläche gemessen wird, kann ein Profil wie das in Abbildung 1 ersichtlich, erhalten werden. Darüberhinaus können strukturelle Parameter wie Dichte, Dicke und Rauhigkeit jeder Lage einer Dünnschicht zerstörungsfrei untersucht werden.

Measuring the total reflection intensity

Abbildung 1: Verhältnis zwischen dem Profil der Röntgenreflektometrie und den jeweiligen Strukturparametern

Abbildung 2 zeigt das gemessene Profil der Röntgenreflektometrie (SmartLab Mehrzweckdiffraktometer von Rigaku) einer Probe bei der sich eine Oxidschicht auf einem Silizium (Si)-Schichtträger gebildet hat. Mittels chemischer Gasphasenabscheidung wurde eine TiN-Schicht auf die Oxidschicht aufgetragen und mithilfe optimierter Strukturparameter wurde das aufgezeigte Profil errrechnet.

Measured profile of the X-ray reflectivity

Abbildung 2: Gemessene und berechnete Profile der Röntgenreflektometrie

Die Analyse der Reflektometrie-Ergebnisse wird ebenfalls gezeigt. Die beobachtete kleine Oszillationsdauer wird von der 127.7 nm dicken SiO2 Schicht verursacht, während die lange Oszillationsdauer von der TiN-Schicht stammt. Da jedoch die TiN-Schicht nicht mithilfe des Einschicht-Modells optimiert ist, kann sie durch Aufteilung in zwei individuelle Schichten analysiert werden. Beide TiN-Schichten besitzen verglichen mit kristallinen Substanzen deutlich niedrigere Dichten. Aus diesem Grund wird davon ausgegangen, dass amorphe Phasen ganz ohne Kristallisationsverlauf oder Bereiche unterschiedlicher Kristallisationsgrade vorliegen. Wie oben erwähnt ist die Untersuchung der Eigenschaften von Dünnschichten mehrschichtiger Strukturen, unabhängig davon ob die Substanzen kristalliner oder amorpher Natur sind, ein großer Verdienst von Reflektometrie-Messungen.


Das SmartLab ist das modernste hochauflösende Diffraktometer auf dem Markt. Vermutlich die auffälligste Neuerung ist die SmartLab Guidance Software, die dem Benutzer mit einem intelligenten Interface ausstattet um durch alle Feinheiten eines Experiments zu führen, beinahe so als hätte man einen Kristallographiexperten direkt an seiner Seite. Read more...