Способ анализа материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N23/20 

Изобретение относится к методам анализа вещества с использованием ускорителей заряженных частиц и может быть использовано для определения дефектно-примесного состава материалов в электротехнической и электронной промышленности.

Цель изобретения - повышение чувствительности анализа при возможности его осуществления на глубинах, превышающих величину пробега ионов,

Сущность способа состоит в том, что при анализе материалов методом резерфор- довского обратного рассеяния, включающем облучение образца исследуемого материала, сканирование ионного пучка по

поверхности образца и регистрацию рассеянных ионов, согласно изобретению перед облучением на исследуемом образце выполняют косой микрошлиф от его поверхности до заданной анализируемой глубины, а над образцом помещают маску, толщину которой изменяют вдоль поверхности образца таким образом, чтобы прошедшие через нее бомбардирующие ионы, рассеиваясь на атомах примеси на одной и той же глубине от поверхности образца, имели при выходе из образца одинаковую регистрируемую энергию. При этом маска относительно падающего пучка остается неподвижной, а сканирование осуществляето о ел

ю

Х|

6я путем смещения образца под пучком едоль направления микрошлифа.

Размещение маски над исследуемым образцом приводи г к формированию заданного энергетического спектра ионов, прошедших маску,, которые, рассеиваясь на атомах примеси в образце с косым шлифом На заданной глубине от поверхности, выходят из образца с одинаковым значением Энергии, что приводит к улучшению разрешения по г 1убине.

На фиг. 1 изображена схема, поясняющая сущность предлагаемого способа; на фиг, 2 - профиль концентрации мышьяка в анализируемом образце.

Способ осуществляется следующим образом.

Пучок 1 ионов с энергией Е0 от ускори- чепя падает на маску 2, площадь поверхности которой одного порядка с диаметром пучка. Непосредственно под маской 2 помещают анализируемый образец 3, на котором выполнен косой микрошлиф с углом а. Образец ориентируют относительно пучка и закрепляют так, чтобы его глубина от поверхности X отсчитывалась вдоль направления падения пучка ионов. Сканирование образца 3 относительно пучка 1 и маски 2 осуществляют вдоль оси у, перпендикулярной X. За начало отсчета осей X и У принимают точку О, лежащую на поверхности образца из краю микрошлифа. Оси X и У лежат в плоскости падения пучка, Вышед- шяе из образца 3 ионы 4 под углом 0 регистрируются детектором 5. Толщину маски изменяют адсль направления так, чтобы прошедшее через нее бомбардирующие ионы, рассеиваясь на атомах примеси на одной и той же глубине xi анализируем го образца 3 под углом в, имели на выходе из образца одну и ту жэ энергию Е-(.

Пусть энергия ионов, прошедших маску характеризуется следующей зависимостью (y), Если ограничиться достаточно надежной степенной зависимостью тормозной способности падающих ионов в анализируемом материале от их энергии

jLL KEn,(1)

d x

где К и п -- постоянные, значение которых определяется типом бомбардирующих ионов и параметрами анализируемого материала, то зависимость Е(у) примет вид:

Р м Л )±i

:(у)

к1

(2)

где а

b и п энергетмм

Ь(1-п)(ОКЬп):

- параметры, характеризующие 5скую зависимость тормозной

способности анализирующих ионов в веществе маски;

/UCOS0 + V1 -/г2 sln20 1 +р

где ц

m

«у. - отношение массы анализирующего иона к массе атома примеси; С - угол рассеяния;

(1-ytga).

Отсюда следует ограничение на длину маски

У (3)

Толщина маски h должна зависеть от у таким образом, чтобы прошедший через нее пучок ионов с энергией Ё0 имел на выходе

из маски энергетическую зависимость Е(у), определяемую формулой (2).

Пусть тормозная способность пучка ионов в веществе маски характеризуется также степенной зависимостью от энергии:

К.,РП - мс ,

d x

(4)

где Ki и m - постоянные, определяемые 30 параметрами вещества мэски.

8 этом случае зависимость толщины маски h от у можно получить в явном виде

h(y)

1

bi(1 -ni)Qi I

К1ЕГП1(xia (1 - ytg a) + E n)bn

K

1-П1

(5)

40

Из формулы (5) следует, что в случае, когда вещество маски совпадает с анализируемым материалом.(, ) зависи- мрсть h(y) является линейной 4Sh(y)A+By,(6)

где А и В - постоянные, т.е., маска в данном случае является клином с углом Д определяемым из соотношения

50

В

Ј arctg-Ј

(7)

Высота энергетического спектра рассеянных ионов при энергии EI пропорцио- нальна концентрации примеси на глубине XL Если имеется не одна, а несколько примесей с атомными массами т2, тз и т. д., то каждой из них будет соответствовать свое значение энергии рассеянных ионов, связанное с EI кине латичегрим фактором

ГП2

mT

Ei;

г тз с

Рз - Ei mi

и т.д., (8)

т.е. высота энергетического спектра при энергиях Е.. Ез и т.д, соответствует кон- центраиии соответствующей примеси на глубине хь Для получения профиля концентрации примесей в анализируемом материале необходимо осуществлять сканирование образца относительно гучка и маски вдоль оси у в направлении, показанном на чертеже стрелкой. Смещение относительно начального положения на расстояние AY соответствует переходу от поверхности образца на глубину Х AYtg а. При этом значение анализируемой глубины составляет

.(9)

Последовательно смещая образец на малые расстояния AY, можно проанализи- ровать содержание примесей с достаточно малым шагом по глубине вплоть до максимального значения анализируемой глубины и, таким образом, построить профиль концентрации примесей по глубине образ- ца. Разрешение по глубине в этом случае определяется энергетическим разрешением детектора и составляет величину порядка 0,01 мкм,

В , чег пример реализации заявля- ймого споссЬь рассмотрим анализ кремниевого образца, легированного мышьяком. Размер , составляет 1 см, глубина легмроьс,. достигает 40 мкм. Не образце выпо; неч косой м -коошлиф от поверхности до глуби ч ы 40 мкм путем шпифовки, полировки и по:лед ющего травления. Угол, под которь ч микрошлиф, определяется ь:з условия

tn О - 40 WM/1 см 4 ,

т.е. ок а Г1

Маска изготовлена из кремния методом вакуумного напыления и представляет собой клин, с ynioiv p 25 , определяемым со- глас«о фоог.уде . Длина маски 3 мм. При этом диаметр гмка боп«бгздмрующих ионов Н с энергией 2 Мэб составляет 1 мм.

Максимальная толщине маски равна 4 мкм. В качество начальной глубины зон- дироваи«р виЗг ано значение ,OS мкм. Ему ;оотсетс7вууг значение энергии обратно озсоегчиых ионов «юд углдм 150° ни аюмах мышьчка Е 1,01 МзЗ. Спектр обретнпго рьссерчия регистрируетсй при помощи кр&мнмевого поверхностно-барьерного детектора и анализатора, После набора необходимой дозы образец смещают

на величину А мкм, которой соответствует шаг по глубине lg й 2 мкм.

На фиг. 2 показан профиль концентрации мышьяка з анализируемом образце. Уменьшая величину смещения А у, можно уменьшить шаг по глубине и получить более детальный профиль концентрации примеси. Разрешение по глубине при этом постоянно и составляет значение 0,01 мкм.

В таблице приведены результаты сравнения области применимости заявляемого способа с аналогом и прототипом.

i/i3 таблицы видно, что предложенный способ позволяет повысить разрешение по глубине на глубинах, превышающих область поимекимости прототипа.

Таким образом, описанный способ анализа материалов имеет ряд существенных пре-.муществ по сравнению с прототипом, заключающихся в возможности проведения (знопизз) образцов с высоким разрешением в широком диапазоне глубин. При этом, улучшается разрешение по массе анализируемой примеси, так как согласно формуле (8) каждой примеси на заданной глубине соответствует своя энергия рассеянных ионов.

Формула изобретения 1. Способ анализа материалов, включающий облучение обрачца исследуемого вещества ионным пучком, сканирование ионного пучка по поверхности образца и регистрацию обратно рассеянных ионов, по спектру которых судят о составе вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности анализа при возможности eto осуществления на глубинах, превышающих величину пробега иочов, образец выполняют а виде косого шлифа, при этом энергетический спектр ионного пучка формируют удовлетворяющим условию, что ионы, рассеянные з образце на одной и той же глубине, имеют одинаковую регистрируемую энергию.

2. Способ по п, 1,отличающийся тем, что формирование энергетического спектра ионного пучка осуществляют путем пропускания первичного пучка через маску, выполненную в виде клина, толщину которого определяют из следующего соотношения:

h(y)-u.J.fo n11-Щ

bi(1-m)

1

(xia(1-ytgg) + )l

К

}

где ЕО - энергия бомбардирующих ионов;

Ei - регистрируемая энергия рассеива- ионов;

у - расстояние вдоль поверхности об разца от начала шлифа;

Х1 - заданная анализируемая глубина; а- угол косого шлифа;

KI,UCOS0 + V1 -ft2 sin2 0

m

1 +p

где /г отношение массы анализирующего иона к массе атома примеси; 0-угол рассеяния;

(1-n)(), где С 1/cos в, b, bi, n, m - параметры, определяемые путем параметризации экспериментальных или расчетных данных.

Изобретение относится к методам анализа вещества с использованием ускорителей заряженных частиц и может быть использовано для определения дефектно- примесного состава материалов в электротехнической и электронной промышленности. Цель изобретения - повышение чувствительности анализа при возможности его осуществления на глубинах, превышающих величину пробега ионов. Перед облучением на исследуемом образце выполняют косой микро- шлиф от его поверхности до заданной анализируемой глубины, а над образцом помещают маску, толщину которой изменяют вдоль поверхности образца таким образом, чтобы прошедшие через нее бомбардирующие ионы, рассеиваясь на атомах примеси на одной и той же глубине от поверхности образца, имели при выходе из образца одинаковую регистрируемую энергию. 1 з. п. ф-лы, 2 ил. (Л

§и. I

S

1 .