Способ определения коэффициентов вторичной ионно-ионной эмиссии компонент образца из полупроводникового материала Советский патент 1984 года по МПК H01J49/26 

ч

О1

со оэ

Изобретение относится к масс-спектрометрии вторичной ионно-ионной эмиссии (ВИИЭ) и может быть использовано для элементного, изотопного и фазового анализа полупроводниковых материалов.

Коэффициент вторичной ионно-ионной эмиссии компоненты А образца (Sj) определяется как отношение тока вторичных ионов компоненты Л () к току первичных ионов (ij), т.е.

Vsr i.ii-г.

(1)

где 2д -доля компоненты А в образце.

Знание величин 5д позволяет проводить анализ состава поверхности образцов по результатам экспериментального определения токов ионов с использованием массспектрометров.

Известны способы количественного определения коэффициентов ВИИЭ различных материалов методами масс-спектрометрии. Для повышения точности и воспроизводимости измерений коэффициентов ВИИЭ создают высокий вакуум (менее 10 Па) для того, чтобы исключить влияние остаточной газовой среды, и производят обработку (термообработку) образца при высоких температурах в тех же условиях I.

Однако точность измерения коэффициентов и воспроизводимость результатов измерений, проводимых в разное время и на разН1)х установках, чрезвычайно низкие и находятся на уровне 200-500%. Эти погрешности обусловлены трудностью воспроизведения физико-химического состояния поверхности образца. Кроме того, такие способы не дают большого эффекта, поскольку основной источник погрешности - физико-химическое состояние поверхности образца - не контролируется.

Наиболее близким по технической суш,ности к изобретению является способ измерения коэффициентов ВИИЭ компонент образца из полупроводникового материала, заключаюш,ийся в вакуумировании камеры с полупроводниковым образцом (кремний) до 10 Па, очистке поверхности от загрязнений ионным пучком с последующим кратковременным прогревом до 500-700°С, напуске активного по отношению к поверхности образца газа (кислорода) до давления Па, выдержке и проведении измерений в этой среде коэффициентов ВИИЭ в соответствии с вышеприведенной формулой. С .повышением парциального давления кислорода коэффициент ВИИЭ у большинства материалов возрастает и при определенном значении давления становится слабо зависимым от него. Таким образом удается уменьшить влияние остаточной газовой среды на коэффициент и стабилизировать свойства поверхности за счет адсорбции кислорода, что позволяет уменьшить погрешность измерений в 2-3 раза 2.

Однако точность получаемых результа- тов измерений коэффициентов и их воспроизводимость остаются низкими. Это объясняется трудностями контролирования процесса формирования поверхности образца и изменения ее состояния в промежутка между измерениями.

Цель изобретения - повышение точное ти и воспроизводимости измерения коэффициентов ВИИЭ компонент образца из полуo проводникового материала.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения коэффициентов вторичной ионно-ионной эмиссии компонент образца из полупроводникового материала, в котором производят ионную и тем5 пературную очистку поверхности образца в условиях высокого вакуума, напускают активный по отношеник) к поверхности образца газ и измеряют токи первичных и вторичных ионов, проводимость поверхности образQ ца поддерживают заданной путем изменения температуры в диапазоне, в пределах которого происходит адсорбция активного газа. Активность поверхности полупроводников по отношению к газовой среде тесным образом связана с электронной структурой

5 его поверхности и с ее электропроводностью, в особенности для тех материалов, в которых подвижности электронов и дырок имеют близкие величины. Эта связь дает основание по значению электропроводности определять физико-химическое состояние поверхности

в газовой среде известного состава. Состояние поверхности в значительной степени определяется температурой полупроводника. При изменении температуры одни газовые молекулы могут десорбировать с поверхности образца, другие начинают адсорбироваться, изменяются количество и ионные формы адсорбированных частиц, а также скорость, направление и механизм протекания реакций на поверхности. Таким образом, изменение температуры приводит к

0 перестройке поверхности образца в среде, сопровождающейся соответствующим изменением ее электропроводности.

Способ осуществляется следующим образом.

5 Образец из полупроводникового материала (окись цинка) помещают в вакуумную камеру, которую вакуумируют до давления Па, измеряемого вакууметром. Ионным пучком (аргон, Аг) с энергией

п 5 кэВ и током 100 мкА/см очищают поверхность от загрязнений, возникающих при контакте поверхности образца. После этого с помощью нагревателя с источником питания производят кратковременный (1-2 мин) разогрев до 800°С для термического обезга5 живания поверхности образца. Когда образец остынет до комнатной температуры, в камеру из баллона с редуктором напускают активный по отношению к окиси цинка газ - кислород, устанавливая постоянное для всех измерений на данном образце парциальное давление 1(Я Па. В зависимости от температуры кислород адсорбируется на поверхности окиси цинка в различных ионных формах. При низких температурах кислород захватывает 4sэлектроны ионов нестехиометрического цинка Zn и стабилизируется иа них в виде Молекулярного иона Oj, образуя соединения . Эта форма адсорбированного кислорода устойчива до 150°С. При более высоких температурах кислород, адсорбированный в форме Ог, десорбирует с поверхности, а адсорбция кислорода происходит в форме Указанные изменения ионной формы адсорбции изменяют проводимость поверхности окиси цинка на несколько порядков при изменении температуры от комнатной до 500°С. Для измерения проводимости поверхности образца на него устанавливают два металлических электрода с прижимными контактами. Электроды подключают к измерителю проводимости (омметр). Затем медленно нагревая образец нагревателем в диапазоне 20-500°С, доводят значение проводимости поверхности до заранее заданного значения, которое устанавливают при всех последуюЦлих измерениях коэффициентов на других установках или в другое время. Для образца из окиси цинка можно установить температуру 150°С, при которой удельное сопротивление находится в области 0,1 см « см. В дальнейшем при указанных температурах проводится измерение токов вторичной ионной эмиссии масс-анализатором и расчет коэффициентов 5д из формулы (1). Использование предлагаемого способа, заключающегося в контролируемом формировании состояния поверхности путем изменения температуры и измерения проводимости поверхности образца, позволяет иовысить точность и воспроизводимость измерений до 20-50%, что отвечает требованиям элементного анализа примесей в полупроводниках и дает экономический эффект в сфере производства и контроля материалов микроэлектроники.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФ-Ф:ИЦИЕНТОВ ВТОРИЧНОЙ ИОННО-ИОННОЙ ЭМИССИИ КОМПОНЕНТ ОБРАЗЦА ИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МАТЕРИА ЛА, в котором производят ионную и температурную очистку поверхности образца в условиях высокого вакуума, напускают активный по отношению к поверхности образца газ и измеряют токи первичных и вторичных ионов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и воспроизводимости измерения коэффициентов, проводимость поверхности образца поддерживают заданной путем изменения температуры в диапазоне, в пределах которого происходит адсорбция активного газа.