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Reflectometría de Rayos X (XRR)

XRR

Espesor, densidad y rugosidad para multicapas en obleas

Utilizado para determinar el espesor, la densidad y la rugosidad de las pilas de una o varias capas en obleas de semiconductores, el análisis XRR se puede realizar tanto en materiales cristalinos como amorfos. Cuando se aplican rayos X a la superficie plana de un material, en ángulos de incidencia rasantes, se producirá una reflexión total en o por debajo de un ángulo crítico, θc. Este ángulo es extremadamente pequeño y se conoce como el ángulo crítico. El ángulo varía dependiendo de la densidad electrónica del material. Cuanto mayor sea el ángulo incidente de rayos X en relación con el ángulo crítico, se transmitirán con mayor profundidad los rayos X al material. Con un material cuya superficie es idealmente plana, la reflectividad repentinamente disminuye en ángulos por encima del ángulo crítico en proporción a θ-4. Si la superficie del material es rugosa, causa una disminución más drástica de la reflectividad. Si dicho material, que sirve como sustrato, se superpone uniformemente con otro material que tiene una densidad electrónica diferente, entonces los rayos X reflejados desde la interfaz entre el sustrato y la película delgada, así como desde la superficie libre de la película delgada, interfieren de manera constructiva o destructivamente entre sí, dando como resultado un patrón de oscilación inducido por interferencia. Para una primera aproximación, la intensidad dispersada por una muestra es proporcional al cuadrado del módulo de la transformada de Fourier de la densidad electrónica. Por lo tanto, el perfil de densidad electrónica puede deducirse del patrón de intensidad medido y, posteriormente, se pueden determinar las propiedades verticales (grosores de la capa) así como las propiedades laterales (propiedades de rugosidad y correlación de las interfaces o la estructura de la capa lateral) que caracterizan las multicapas. Específicamente, el espesor de la película se puede determinar a partir de la periodicidad de la oscilación y la información sobre la superficie y la interfaz a partir de la dependencia angular de la amplitud del patrón de oscilación.