Röntgenbeugung unter streifendem Einfall einer Iridium-Dünnschicht auf Si

Üblicherweise zeigen physikalisch und chemisch abgeschiedene Dünnschichten Inhomogenitätseigenschaften entlang der Wuchsrichtung. Bei einer Vielzahl von Dünnschichtmaterialien unterscheiden sich die Schicht-auf-Untergrund-Schnittstelle und die freie Filmoberfläche deutlich vom Hauptteil des Films aufgrund von Schnittstellenabtrennungen oder -vermischungen sowie Oberflächenrelaxation. Für einige Dünnschichtmaterialien können Phasenübergänge bei der stetigen Vergrößerung der Schichtdicke auftreten. Deswegen ist es notwendig, die Schichten in verschiedenen Tiefen charakterisieren zu können. Die Röntgenbeugung unter streifendem Einfall bietet eine solche Technik und eignet sich für die zerstörungsfreie Tiefenprofilierung.

Die Beugungstechnik unter streifendem Einfall stützt sich sowohl auf die Fähigkeiten der präzisen Kontrolle des Winkels einfallender Röntgenstrahlen als auch auf die präzise Anpassung der Probenoberfläche. Das SmartLab Mehrzweckdiffraktometer von Rigaku mitsamt der patentierten Cross-Beam Optik (CBO) bietet Parallelstrahlfähigkeiten und ein komplett automatisiertes Probenanpassungspaket.

Abbildung 1 zeigt das Röntgenbeugungsmuster unter streifendem Einfall für eine 500 nm Iridium-Dünnschicht auf einem Si-Untergrund mit einer Serie unterschiedlicher Einfallwinkel. Bei besonders niedrigem Einfallwinkel von 0.6°, nahe des kritischen Winkels für die Totalreflexion von Iridium, dringen die Röntgenstrahlen lediglich einige Nanometer tief in die Schicht ein. Aus diesem Grund zeigt das Beugungsbild lediglich Strukturdaten der Schichtoberfläche, die Iridium in perfekt kubischer Form entspricht.

grazing-incidence X-ray diffraction patterns
Abbildung 1

Mit zunehmendem Einfallwinkel von 0.9 und 1.2°, dringen die Röntgenstrahlen tiefer in die Schicht ein. Dabei wird festgestellt, dass ein Peak nicht den Datensätzen für kubisches Iridium entspricht und sich dessen Intensität mit zunehmendem Einfallwinkel ebenfalls verstärkt. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass sich eine unbekannte Phase während der chemischen Abscheidung gebildet hat, wenngleich diese im Vergleich zur kubischen Phase eher vernachlässigbar ist. Diese unbekannte Phase wird während des fortschreitenden Abscheidungsprozesses zunehmend kleiner und verschwindet schließlich.



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