Способ подготовки образцов для электронно-графических и электронно-микроскопических исследований Советский патент 1993 года по МПК G01N23/22 G01N1/28 

Изобретение относится к области электронографии и электронной микроскопии и ..мо:жёт быть использовано при исследова- . нии структуры приповерхностных слоев металлов, полупроводников, диэлектриков, керметов, а также структуры и фазового состава переходных слоев металл-полупроводник, металл-диэлектрик, полупроводник-полупроводник, диэлектрик-полупроводник, диэлектрик-диэлектрик.

Цель изобретения - полное сохранение поверхности исследуемой стороны образца. Цель достигается тем, что согласно способу подготовки образцов для электронно- графического и электронно-микроскопического анализа, включающему помещение образца на поверхность нейтральной жидкости, например дистиллированной воды, исследуемой стороной вниз, нанесение на обратную сторону образца травите- ля, травление до появления микрооТвер- стий, травитель со стороны рабочей поверхности разбавляют и удаляют потоком жидкости, перпендикулярной, оси зоны травления, создают с рабочей стороны избыточное статическое давление нейтральной жидкости 1 102-2 102 Па.

По способу-прототипу в момент образования микроотверстий в образце в результате его протравливания травитель попадает в нейтральную жидкость, потоком которой он смывается вдоль поверхности образца, В результате образуется след на поверхности образца от взаимодействия разбавленного трзвителп, вытянутый в на- правлении движения потока жидкости.

Создание избыточного статического давления жидкости 1 Па под

00

о

ы ы

XI

рбразцом приводит к тому, что в момент образования микроотверстий нейтральная жидкость начинает поступать через них в зону травления. При этом происходит разбавление травителя до низких концентра- ций. достаточных для резкого снижения скорости травления. Избыточное давление в выбранном интервале обеспечивает поддержание потока жидкости со стороны рабочей поверхности в область зоны травления и не позволяет попадать разбавленному травителю на рабочую сторону. В этом случае не происходит подтравливания исследуемых слоев и полностью сохраняется полезная информация..

Избыточное давление в нейтральной жидкости под образцом должно находиться в пределах 1 Па. Выбор этих пределов обоснован тем, что при давлении ниже 1 Па в результате перемешива- ния травителя и нейтральной жидкости не- большое количество разбавленного травителя поступает на исследуемую поверхность и происходит ее подтравливание в районе микроотверстий и, как результат, расширение микроотверстий и сокращение площади образца, используемой для исследования. При давлении больше 2 Па происходит обламывание тонких участков образца в районе микроотверстий, что при- водит к потере исследуемой части образца.

Способ подготовки образцов иллюстрируется чертежом, где изображено устройство, содержащее контакты 1 включения отсасывающего насоса, стакан 2 из фтороп- ласта, емкость 3 с дистиллированной водой, образец 4, травитель 5, прижимное устройство 6, корпус 7, конденсатор 8, источник света 9, прижимную шайбу 10, стакан 11, патрубок 12 отсасывающего насоса.

П ри мер. При подготовке образцов для проведения электронно-микроскопических и электронно-графических исследований /использовали кремний КЭЙ ,5, легированный бором до концентрации Ns 1026 . На рабочую сторону образцов наносили слой титана толщиной 100 нм. Утонение образца проводили с помощью травителя СР- 4, представляющего собой смесь плавиковой, азотной и уксусной кислот в соотношении 3:5:3. Травление образца проводили в устройстве, показанном на чертеже. Образец 4 помещали на отверстии, расположенном .на дне фторопластового стакана 2, снабженном кольцевым высту- пом трапецеидального сечения, обеспечивающем плотное, без зазоров прилегание образца. Снизу образец прижимали шайбой 10 с помощью пружинного прижимного устройства 6. Фторопластовый стакан 2 с размещенным образцом 4 опускали в стакан 11, который помещали в корпус 7 с подсветкой. Стакан 11 подсоединяли к стеклянной емкости 3 объемом 2 л с дистиллированной водой и устанавливали их так, чтобы уровень воды в сообщающихся сосудах (емкости 3 и стакане 11) был на 2 см выше образца. В фто- ропластовый стакан опускали контакты 1 включения и патрубок 12 отсасывающего насоса так, чтобы после протравливания образца разбавленный поступающей через микроотверстия водой травитель замкнул контакты и произошло включение насоса.

Предварительное утонение проводили в течение 20-25 мин. При толщине 1 мкм кремний пропускает видимый свет, что позволяет контролировать толщину образца, используя помещенную под стаканом лампочку. Уменьшение толщины образца при травлении от 1 до 0,1 мкм сопровождается изменением окраски образца (от темно- красной до светло-желтой).

Травление заканчивали по описанной выше методике в слабом полирующем тра- вителе НР:НМОз 1:7. На этой стадии подготовка образцов при появлении в них микроотверстий дистиллированная вода из стакана поступала под избыточным давлением в 200 Па, возникающем за счет пере- пада высот 2 см между уровнем воды и положением образца, в объем фторопластового стакана 2. При этом травитель разбавляется водой, снижается его концентрация и резко падает скорость травления. После заполнения объема фторопластового стакана до уровня, близкого к показанному на чертеже пунктирной линией, происходит замыкание контактов микродвигателя, приводящего в движение через редуктор поршня отсасывающего насоса. Через патрубок 12 разбавленный травитель отсасывается,в цилиндр насоса объемом 50 см3. Это приводит к дополнительному поступлению дистиллированной воды в объем фторопластового стакана и таким образом образец промывается от остатков травителя.

Емкость 3 с большим соотношением диаметра к высоте обеспечивает изменение уровня воды в сообщающихся сосудах в пределах 1 см, что позволяет поддерживать избыточное давление в течение всей операции в заданных пределах от 200 до 100 Па.

В результате подготовки образцов по описанному способу на рабочую сторону травитель не попадает, что позволяет сохранить переходные соли таких контактных систем как титан-кремний и ванадий-кремний, которые разрушаются при подготовке образцов по способу-прототипу в связи с. высокой реакционной способностью титана и ванадия по отношению к применяемым для утонения кремния травителям.

При этом в случае снижения избыточного давления до уровня 100 Пэ в районе мик- роотвестий на образцах наблюдали подтравливание пленки титана вплоть до обнажения поверхности кремниевой подложки. При съемке на электронографе ЭМР- 100 таких образцов рефлексы от фазы гитана не обнаружены.

При изменении избыточного давления в указанных в способе пределах на рабочей стороне полностью сохранялась пленка титана, что подтверждалось наблюдениями в оптическом микроскопе МБС-200. При съемке на ЭМР-100 на электронограммах в этих случаях присутствовали рефлексы от подложки кремния, рефлексы от промежуточных фаз на границе раздела пленка тита- нэ-кремниевая подложка и рефлексы от пленки титана. Данный способ обеспечивает получение качественных образцов в 95% случаев,

Аналогичным образцом были подготовлены образцы металл-полупроводник в системах V;Si, Mo-Si, Ta-Si, W-Si для электронно-микроскопических исследований переходных слоев, расположенных на границе раздела пленка-подложка.

Таким образом, способ позволяет повысить качество образцов, содержащих тонкие, порядка 10-100 нм, переходные слои, составляющие межфазные границы, расположенные на поверхности исследуемых образцов, содержащих, в частности, такие обладающие высокой реакционной способностью по отношению к трзвителям металлы, как титан и ванадий.

Формула изобретения Способ подготовки образцов для электронно-графических и электронно-микроскопических исследований, включающий

размещение образца исследуемой сторо. ной в контакте с поверхностью химически

инертной к материалу образца жидкости,

нанесение травителя на обратную сторону

образца, травление до появления микроотверстий и удаление травителя потоком жидкости, о т л и ч ю щи и с я тем, что, с целью полного сохранения поверхности исследуемой стороны образца, поток жидкости формируют путём .создания в химически инертной жидкости избыточного статического давления 100-200 Па, з разбавленный травитель откачивают с обратной стороны образца.

Использование: в электронографии и электронной микроскопии, в частности при исследованиях структуры приповерхност- ных слоев металлов, полупроводников, диэлектриков, керметов и переходных слоев указанных материалов. Сущность изобретения: для полного сохранения поверхности исследуемой стороны образца путем защиты от воздействия травителл при ее травлении.создают избыточное давление.в химической инертной жидкости 100-200 Па со стороны исследуемой поверхности об-. разца, травитель наносят на обратную сторону образца, травление ведут до появления микроотверстий, разбавленный травитель откачивают с обратной стороны образца. 1 ил.