Исследовано влияние легирования бором (B) на результаты измерений с помощью высокоразрешающей рентгеновской дифракции (HXRD). 12 образцов пленок Si1-xGex эпитаксиально выращены на кремниевых Si (100) подложках разной толщины с различной концентрацией германия (Ge) при наличии и без добавок бора. Для измерения концентрации добавки B, содержания Ge, деформации и толщины слоев использованы методы масс-спектроскопии вторичных ионов (SIMS) и HXRD. Результаты SIMS свидетельствуют об отсутствии B в двух образцах. В остальных образцах концентрация бора [B] = 8.40´1018-8.7´1020 атомов/см3 при содержании [Ge] = 13.3-55.2 ат.%. Согласно HXRD-измерениям, толщина слоев составляет 7.07-108.13 нм при [Ge] = 12.82-49.09 ат.%. Разница в концентрации Ge, измеренной методами SIMS и HXRD, зависит от легирования бором. Для беспримесных образцов различие составляет ~0.5 ат.% и увеличивается с добавкой B, но не линейно. Для сильнолегированного бором (8.7´1020 атомов/см3) образца разница в концентрации Ge 7.11 ат.%. Легирование бором влияет на структуру Si1-xGex, вызывая изменения постоянной решетки, и создает деформации растяжения, сдвигая пики Si1-xGex к пикам подложки Si (100) в дифрактограммах HXRD. В результате правило Вегарда не действует, и это сильно влияет на измерения методом HXRD. Сравнение симметричных (004) и асимметричных (+113, +224) обратных пространственных отображений (RSM) показывает небольшое различие концентрации Ge в нелегированных и слаболегированных образцах. Однако для сильнолегированных образцов Si1-xGex изменение достигает 0.21 ат.%. В данных по RSM (+113) наблюдается небольшое уширение пика SiGe при увеличении содержания примеси B, что свидетельствует о незначительной деформации кристалла.
The effect of boron (B) doping on high-resolution X-ray diffraction (HXRD) metrology has been investigated. Twelve samples of Si1- x Gex films were epitaxially grown on Si (100) substrates with different thicknesses, germanium (Ge) concentrations and with/without B dopants. Secondary ion mass spectroscopy (SIMS) and HXRD were employed for measurements of B doping, Ge concentration, strain, and thickness of the layers. The SIMS results show the absence of B in two samples while the rest of the samples have B doping in the range of 8.40´1018-8.7´1020 atoms/cm3 with Ge concentration of 13.3-55.2 at.%. The HXRD measurements indicate the layers thickness of 7.07-108.13 nm along with Ge concentration of 12.82-49.09 at.%. The difference in the Ge concentration measured by SIMS and HXRD was found to depend on B doping. For the undoped samples, the difference is ~0.5 at.% and increases with B doping but with no linear proportionality. The difference in the Ge concentration was 7.11 at.% for the highly B doped (8.7´1020 atoms/cm3) sample. The B doping influences the Si1-xGex structure, causing a change in the lattice parameter and producing tensile strains shifting Si1-xGex peaks towards Si (100) substrate peaks in the HXRD diffraction patterns. As a result, Vegard’s law is no longer effective and makes a high impact on the HXRD measurement. The comparison between symmetric (004) and asymmetric (+113, +224) reciprocal space mappings (RSM) showed a slight difference in Ge concentration between the undoped and lower B doped samples. However, there is a change of 0.21 at.% observed for the highly doped Si1-xGex samples. RSM’s (+113) demonstrate the small SiGe peak broadening as B doping increases, which indicates a minor crystal distortion.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.