Charakterisierung der ionenstrahlinduzierten Eigendefekt- und Metallionenverteilung in Silizium und deren Einfluss auf die Musterbildung

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Röntgendiffraktion und – reflexion sind zerstörungsfreie Analysemethoden zur Bestimmung der Defektverteilung in kristallinen Materialien. Zusätzlich kann damit die von den Defekten ausgehende Gitterverzerrung richtungsabhängig gemessen werden. Durch Ausnutzung des Effektes der Brechung des einfallenden Röntgenstrahls an der Luft-Probe Grenzfläche, lassen sich die genannten Parameter quasi tiefenabhängig in einem Bereich zwischen etwa 5nm und mehreren 100nm bestimmen. In diesem Teilprojekt soll der Einfluss der Metallionenverteilung auf die Musterbildung als Folge der Ionenstrahlerosion und der daraus resultierenden Gitterverzerrungen tiefenaufgelöst als Funktion der Implantationsparameter (Ionenenergie, -sorte, Fluenz usw.) zerstörungsfrei mittels röntgendiffraktometrischer Methoden bestimmt werden. Dabei sollen insbesondere Metallionen, die im Silizium Festkörperlösungen (Ga, Ge usw.) und solche die nachgewiesenermaßen sekundäre Phasen (Silizide) bilden untersucht werden. Zusätzlich sollen die Untersuchungen auf Siliziumproben mit vergrabenen dünnen Germanium- bzw. Eisenschichten ausgedehnt werden, um die Korrelation der geänderten Verzerrungsbedingungen an der inneren Grenzfläche zwischen beiden Materialien mit einer möglichen Änderung in der Musterbildung an der Oberfläche zu korrelieren. Um eine ausreichende Tiefen- und Lateralauflösung zu erzielen und unter Ausnutzung der Tatsache, dass die Größe der entstehenden Muster mit der Ionenenergie skaliert, sollen die Untersuchungen an Proben durchgeführt werden, die mit Ionen der Energie zwischen 5 keV und 100 keV bestrahlt wurden und die Effekte dann auf den Niederenergiebereich extrapoliert werden. Durch Messung bei unterschiedlichen Photonenenergien (anomale Streuung) und durch Vergleich mit der Eigendefektverteilung in Si implantierten Proben (Si in Si) sollen die Einflüsse der Eigen- und Metalldefekte voneinander separiert werden. Die gemessenen Verzerrungsfelder sollen mit Ergebnissen von Simulationen verglichen werden, die mittels Finite-Element Rechnungen im Rahmen der linearen Elastizitätstheorie erzielt werden. Gleichzeitig soll experimentell ermittelt werden, wie die an der Silizium Oberfläche sichtbaren Muster mit der durch die Ionenbestrahlung entstandenen Metallionenverteilung in der Tiefe sich fortsetzen und wie diese mit der Defektverteilung korrelieren. Aus Messungen an prinzipiell symmetrieäquivalenten Bragg-Reflexen, die aber bei unterschiedlichen Azimutwinkeln aufgenommen wurden, kann auf eine eventuelle lateral Anisotropie der Defekt- und Verzerrungsverteilung geschlossen werden. Durch Methoden, die auf die lokale Anordnung der Atome sensitiv sind (XAFS, GISAXS), kann auf eine eventuelle Clusterbildung der Metallatome im Volumen und an der Oberfläche geschlossen werden. Die Messungen sollen letztendlich dazu führen, die gemessene Verteilung der Defekte und Metallionen mit der Musterbildung zu korrelieren.