X線回折・X線反射率測定

X線回折 (XRD)・X線反射率測定 (XRR) 6 14-134(6) 膜密度 膜密度は全反射角および振幅から算出します。 • 物質の(電子)密度により、X線の臨界角(全反射角)が 異なる。 • 密度のコントラストが 振幅 に反映されます。 密度の差大→屈折率の差大→振幅大 (多層膜の解析に利用) 膜厚により干渉の周期が変動します。 • 膜厚薄い：周期( Δθ ) 大 • 膜厚厚い：周期 小 (全臨反界射角角) 0.0 2 θ / ω (deg) 0.2 0.4 0.6 反射X線強度 1x10 7 1x10 8 1x10 9 密度低 密度高 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 1x10 2 1x10 4 1x10 6 1x10 5 1x10 3 反射X線強度 2 θ / ω (deg) 周期( Δθ ) ⇒膜厚 d ⇒密度の振コ幅ントラスト 膜厚 事例 Si 3 N 4 15nm / Si基板 狙い膜厚15nmのSi 3 N 4 膜(Si基板上)の測定プロファイルに対し、シミュレーションにより表面(界面)粗さ・ 膜密度・膜厚を算出した事例をご紹介します。 狙いのSi 3 N 4 単層と仮定し解析した結果、 測定データとシミュレーションの振幅が 大きく異なります。 (残差大) Si 3 N 4 層およびSi基板と密度の異なる層が 存在する可能性がうかがえます。 層 膜種 ( 膜nm厚 ) ( 膜g/ 密cm度 3 ) ( 粗nmさ ) 1 Si 3 N 4 15.0 2.44 0.5 基板 Si － (2.33) 0.0 層 膜種 ( 膜nm厚 ) ( 膜g/ 密cm度 3 ) ( 粗nmさ ) 2 Si 3 N 4 15.1 2.44 0.5 1 SiO 2 1.0 2.16 0.0 基板 Si － (2.33) 0.3 界面層としてSiO 2 層を仮定し解析した結果、測定データとシミュレーションはよく一致することから界面層の 存在を示唆する結果が得られます。 このように、 埋もれた界面 が存在しても解析が可能です。 Si 3 N 4 単層と仮定して解析 (Si基板の密度既知) 0 2 4 6 測定データ 計算データ 残差データ X線反射率プロファイル 測シミ定 ュデ レーータ ション 残差 2 θ (deg) 0 2 4 6 X線反射強度 (相対値) 1×10 -8 1×10 -6 1×10 -4 1×10 -2 1×10 -0 残差 0 -2 2 4 6 Si 3 N 4 (15nm)/Si基板の間にSiO 2 があると仮定として解析 -8 -6 -4 -2 0 測定データ 計算データ 残差データ X線反射率プロファイル 測シミ定 ュデ レーータ ション 残差 2 θ (deg) 0 2 4 6 X線反射強度 (相対値) 1×10 -8 1×10 -6 1×10 -4 1×10 -2 1×10 -0 残差 0 -2 2 4 6