SU1075331A1 - Способ определени коэффициентов вторичной ионно-ионной эмиссии компонент образца из полупроводникового материала - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФ-Ф:ИЦИЕНТОВ ВТОРИЧНОЙ ИОННО-ИОННОЙ ЭМИССИИ КОМПОНЕНТ ОБРАЗЦА ИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МАТЕРИА ЛА, в котором производ т ионную и температурную очистку поверхности образца в услови х высокого вакуума, напускают активный по отношению к поверхности образца газ и измер ют токи первичных и вторичных ионов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и воспроизводимости измерени  коэффициентов, проводимость поверхности образца поддерживают заданной путем изменени  температуры в диапазоне, в пределах которого происходит адсорбци  активного газа.

Description

ч

О1

со оэ

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

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

Vsr i.ii-г.

(1)

где 2д -дол  компоненты А в образце.

Знание величин 5д позвол ет проводить анализ состава поверхности образцов по результатам экспериментального определени  токов ионов с использованием массспектрометров .

Известны способы количественного определени  коэффициентов ВИИЭ различных материалов методами масс-спектрометрии. Дл  повышени  точности и воспроизводимости измерений коэффициентов ВИИЭ создают высокий вакуум (менее 10 Па) дл  того, чтобы исключить вли ние остаточной газовой среды, и производ т обработку (термообработку ) образца при высоких температурах в тех же услови х I.

Однако точность измерени  коэффициентов и воспроизводимость результатов измерений , проводимых в разное врем  и на разН1 )х установках, чрезвычайно низкие и наход тс  на уровне 200-500%. Эти погрешности обусловлены трудностью воспроизведени  физико-химического состо ни  поверхности образца. Кроме того, такие способы не дают большого эффекта, поскольку основной источник погрешности - физико-химическое состо ние поверхности образца - не контролируетс .

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

Однако точность получаемых результа- тов измерений коэффициентов и их воспроизводимость остаютс  низкими. Это объ сн етс  трудност ми контролировани  процесса формировани  поверхности образца и изменени  ее состо ни  в промежутка между измерени ми.

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

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определени  коэффициентов вторичной ионно-ионной эмиссии компонент образца из полупроводникового материала , в котором производ т ионную и тем5 пературную очистку поверхности образца в услови х высокого вакуума, напускают активный по отношеник) к поверхности образца газ и измер ют токи первичных и вторичных ионов, проводимость поверхности образQ ца поддерживают заданной путем изменени  температуры в диапазоне, в пределах которого происходит адсорбци  активного газа. Активность поверхности полупроводников по отношению к газовой среде тесным образом св зана с электронной структурой

5 его поверхности и с ее электропроводностью, в особенности дл  тех материалов, в которых подвижности электронов и дырок имеют близкие величины. Эта св зь дает основание по значению электропроводности определ ть физико-химическое состо ние поверхности

в газовой среде известного состава. Состо ние поверхности в значительной степени определ етс  температурой полупроводника. При изменении температуры одни газовые молекулы могут десорбировать с поверхности образца, другие начинают адсорбироватьс , измен ютс  количество и ионные формы адсорбированных частиц, а также скорость, направление и механизм протекани  реакций на поверхности. Таким образом , изменение температуры приводит к

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

Способ осуществл етс  следующим образом .

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

п 5 кэВ и током 100 мкА/см очищают поверхность от загр знений, возникающих при контакте поверхности образца. После этого с помощью нагревател  с источником питани  производ т кратковременный (1-2 мин) разогрев до 800°С дл  термического обезга5 живани  поверхности образца. Когда образец остынет до комнатной температуры, в камеру из баллона с редуктором напускают активный по отношению к окиси цинка газ - кислород, устанавлива  посто нное дл  всех измерений на данном образце парциальное давление 1(Я Па. В зависимости от температуры кислород адсорбируетс  на поверхности окиси цинка в различных ионных формах. При низких температурах кислород захватывает 4sэлектроны ионов нестехиометрического цинка Zn и стабилизируетс  иа них в виде Молекул рного иона Oj, образу  соединени  . Эта форма адсорбированного кислорода устойчива до 150°С. При более высоких температурах кислород, адсорбированный в форме Ог, десорбирует с поверхности, а адсорбци  кислорода происходит в форме Указанные изменени  ионной формы адсорбции измен ют проводимость поверхности окиси цинка на несколько пор дков при изменении температуры от комнатной до 500°С. Дл  измерени  проводимости поверхности образца на него устанавливают два металлических электрода с прижимными контактами . Электроды подключают к измерителю проводимости (омметр). Затем медленно нагрева  образец нагревателем в диапазоне 20-500°С, довод т значение проводимости поверхности до заранее заданного значени , которое устанавливают при всех последуюЦлих измерени х коэффициентов на других установках или в другое врем . Дл  образца из окиси цинка можно установить температуру 150°С, при которой удельное сопротивление находитс  в области 0,1 см « см. В дальнейшем при указанных температурах проводитс  измерение токов вторичной ионной эмиссии масс-анализатором и расчет коэффициентов 5д из формулы (1). Использование предлагаемого способа, заключающегос  в контролируемом формировании состо ни  поверхности путем изменени  температуры и измерени  проводимости поверхности образца, позвол ет иовысить точность и воспроизводимость измерений до 20-50%, что отвечает требовани м элементного анализа примесей в полупроводниках и дает экономический эффект в сфере производства и контрол  материалов микроэлектроники .

Claims (1)

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ 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.

   >