Способ определения толщин мертвого слоя спектрометрического детектора ионов Советский патент 1982 года по МПК G01T1/24 H01L21/66 

в зависимости от структуры их атомных обсшочек.

Известен способ определения толщины мертвого слоя ШЩ, или окна, с помощью измерения спектральной зависимости фототока ПОД от коэффициента поглоще шя в области длин волн 4000-6000 А. При одинаковой яркости для каждой дли«л волны производится измерение фототока ПОД и по известным для материала окна коэффициентам поглощения определяется толщина Мертвого слоя ШЩ. Этот способ пригоден для измерения тслщиш в цределах 0,3-4 мкм р.

Таким образом, спектрально-оптический способ измерения толщины м твого слоя пригоден только для ПОД, эффективен для достаточно толстых слоев, для тонких слоев может лишь оценить верхний предел толщины и требует точного знания химического состава материала окна.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения толщины мертвого слоя спектрометрического детектора (ШТД) в энергетических единицах путем измерения амплитуд сигналов при регистрации конкретного иона, например ионов гелия (двухзарядных, т.е. ot-частиц) и cj aBHeния этих амплитуд при нормальном и наклонном падении этих ионов на ли.цевую поверхность ПОД 2J.

Этот способ позволяет измерять толщины в пределах 1-0,01 мкм с точностью 7-14%, однако позволяет при его доступности определить толщину мертвого слоя только для оС-частиц.

Цель изобретения - расширение диапазона определяемых толщин мертво го слоя в сторону их меньшиа значений (измерения толщины производят для множества конкретных ионов в. энергетических единицах).

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения толщин мертвого слоя спектрометрического детектора ионов в энергетических единицах путем измерения амплитуд сигналов при регистрации конкретного иона, производят последовательно облучение детектора атомарными и молекулярными ионами требуемого элемента с одинаковыми на-чальными энергиями, измеряют амплитуды сигналов от этих ионов и по результатам измерений судят о толщине мертвого слоя одного из множества необходимых элементов непосредственно в энергетических единицах.

Измерения толщины производят для множества конкретных ионов в энергетических единицах (кэВ), поскольку задачей спектрометрического детектора является измерение полной энергии иона, одна часть которой Е регистрируется детектором, а другая Efji теряется в мертвом слое и, таким образом, не регистрируется. Последняя величина, может быть переведена в метрические единицы,-урапример $ микрометры, путем деления Е кэВ на dEf,/dx кэВ/мкм (величину удельных потерь энергии Ер иона в толщине вещества х).

Однако при этом точность определения толщины мертвого слоя значительно ухудшается вследствие того, что величина определяется энергией иона и веществом, в котором происходят потери, а значения 5 dE/dx лежат в пределах 200-600 кэВ/мкм. Для ШЩ погрешность максимальна, так как в нем невозможно отделить потери в слое металлического контакта Аи от потерь в поверхностном д слое полупроводника SIO. Детектор облучают последовательно выходящими из ускорителя пучкаго атомарных и .молекулярных ионов (например и Н-) требуемого элемента с одинаковой начальной экер шей (Ео, ). По измеренным энергиям Е этих двух сортов ионов, зарегистрированных детектором (Ец и Е) определяется толщина мертвого слоя детектора непосредственно в энергетических единицах.

Предлагаемый способ пригоден для измерения толщины мертвого слоя для всех детекторов с энергетическим откликом (слектрсмметрнческих детекто ров).

в качестве иллюстрации на чертеже приведен схематический процесс регистрации ППД ионов водорода H и 11. Атомарные ионы водорода Н испыты вают н гпроиз водит ел ьные потери энергии Еу.. при п огюждении через слой металлического контакта Аи, двуокиси кремния SiO и после этого попадают в чувствительный объем детектора 5 51, где измеряется их остаточная

энергия Е. Молекулярнь ион Н,. диссоциирует на два протона в поверхностном слое контакта Аи, движущиеся в веществе детектора практически не зависимо, самостоятельно теряя част энергии в мертвом слое. Измеряя рас пределение амплитуд сигналов регист рации этих двух сортов ионов можно восстановить наиболее вероятную энергию, теряемую в чувствительном объеме и по ней определить в глуби- ну мертвого слоя (потери в нем) в энергетических единицах. Используя известную зависимость удельных поте энергии от скорости иона (и тот факт, что в скоростей 340 ...710 сечение потерь максималь. но и практически постоянно можно определить величину потерь энергии ионом Еу,, Ч аХ/Ач,. aX/SiOa.,.4iO/... Энергия диссоциации молекулярного комплекса на фрагменты невелика, по рядка десятков электрон-вольт, поэт му с достаточной точностью можно считать, что сумма кинетических эне гий фрагментов равна начальной энергии комплексного иона 1 Наиболее просто оценитьтолщину мер вого слоя для протонов с энергией л 180 кэВ. В этом случае сечение потерь 4 постоянно. Протон теряет в мертвом слое энергию Еу,, равную

Е vlL,E-. а зарегистрированная часть энергии Е составляет

H--Eo-t.. (1)

Принимая во внимание, 4TO(JE dilпрактически постоянно в диапазоие энергий 45-250 кэВ/а.е.м« для иона Н. с той же начальной энергией , величина потерь составляет

./-«М «п„./е.Е„,,

VE

а зарегистрированная часть Ej.V . равна

. (2 .

Формула изобретения

Способ определения толщин медтво го слоя спектрометрического детекто,ра ионов в энергетических единицах путем измерения амплитуд сигналов при регистращш конкретного иона, от личающийся тем, что, с целью расшире дая диапазона определяемых толщин мертвого слоя в сторону их меньших значений, производят последовательно облучение детектора атоMapmitNoi и молекулярными ионами требуемого элемента с одинаковыми начальными энергиями, измеряют амплитуды сигналов от этих ионов и по результатам изнедений судят о толщине мертвого слоя одного из множе.Сравнивая сгформулой U) толщину мертвого слоя в энергетических едини- цах находи ,- . а начальная энергия Е равна i.. -п () Проще это выполнять на ускорителе ионов, работающем в сверхслаботочном pexoiMe. Направляя на детектор после довател но тpeбye вae ионы и измеряя амплитудное дспределение сигналов регистрации, легко получить значение Е„ и ЕО по формулам (З), (4), Изучались свойства ППД отечёет венного производства. Наилучаше образцы имели окна для протонов 16 кэВ, что эквивалентно слою золота толщиной 0,03 мкм. Получив значение величнил потерь для водорода, можно найти аналогичным способом толщину окна для другого необходимого элемента, например F. Для этого необходимо ускорить ионы HF и выполнить аналогичную процедуру. Предлагаемый способ позволяет оценитьИ неоднородность мертвого слоя по расашрению низкоэнергетическЬго края линии спектрометра. Создание, более простого ускорителя,, совмещенного с камерой напыпе1ШЯ контактов, позволит контролировать тошцину слоя непосредственно в процессе производства ППД и таким образом улучшить качество ППД, предназначенных для регистрации низкоэнергетических тяжелых ионов. ства необходимых элементов непосредственно в энергетических единицах. Источники информации, принятве во внимание при экспертизе $ 1.Дирнпи Дж, и Нортроп Д. Полупроводниковые счетчики ядерных излучений. М., Мир, 1965, с. 184-,186. 2.ПТЭ, 1969, № 2, с. 223 (прототип).