SU1224855A1

SU1224855A1 - Способ количественного послойного анализа твердых веществ

Info

Publication number: SU1224855A1
Application number: SU843727038A
Authority: SU
Inventors: Михаил Алексеевич Васильев; Дмитрий Геннадиевич Емельянинков; Валерий Михайлович Коляда; Валентин Тихонович Черепин
Original assignee: Опытное Конструкторско-Технологическое Бюро С Опытным Производством Института Металлофизики Ан Усср
Priority date: 1984-04-13
Filing date: 1984-04-13
Publication date: 1986-04-15

Abstract

Изобретение относитс к масс- спектрометрии вторичных ионов и может быть использовано дл элементного и фазового послойного анализа твердьк веществ. Цепь изобретени - повышение точности количественного послойного анализа, достигаетс благодар тому, что твердое вещество бомбардируют и распыл ют двум пучками первичных ионов. При этом коэффициент распьшени одного пучка меньше единицы, а другого - больше единицы . Например, чистый А1 бомбардируют ионами энергией 2 кэВ. Коэффициент распылени ,5,Через каждые 20 с распыл ют монослой твердого вещества при токе Хе 100мкА/см Измерение концентрации элементов и фаз в А1 производ т пучком первичных ионов Аг после сн ти 20 слоев первым пучком, т.е. через каждые 400 с. Коэффициент распылени . Таким образом, врем бомбардировки устанавливают меньшим обратного отношени коэффициентов распылени твердого вещества этими пучками. Способ позвол ет повысить точность в 2-3 раза, что дает экономический эффект в сфере производства и изготовлени элементов микроэлектроники и эмиссионной техники. 1 табл. i (Л го ьэ 4;ib 00 ел ел

Description

Изобретение относитс к области масс-спектрометрии вторичных ионов и может быть использовано дл элег ментного и фазового послойного анализа твердых веществ.

Послойный анализ заключаетс в последовательном .распылении тонких слоев твердого вещества первичными ионами, определении концентрации элементов и фаз в каждом слое и глубины залегани слоев,- отсчитываемой от исходной поверхности, а точность послойного анализа включает точности определений концентраций и глубин залегани .

Цель изобретени - повьшение точности количественного послойного анализа достигаетс за счет использовани дл распылени твердого вещества двух пучков первичных ионов с коэф- -фициентами распьшени меньше и .больш единицы и о концентрации элементов и фаз суд т по значению потока полиатомных ионов.

Использование двух пучков первичных ионов позвол ет провести послойное распьшение и масс-анализ компонент вещества в оптимальном режиме.. Послойное распыление, проводимое при , где S - коэффициент распылени твердого вещества, позвол ет снизить микрошероховатость поверхности, перегрев ее,, перемешивание атомов в веществе, скорость распылени , что повышает точность послойного анализа В этих услови х образуютс в основном одноатомные ионы компонент вещества , поток которых сильно зависит от фазового состава поверхности и не обеспечивает достаточно высокой точг ности элементного анализа. Поэтому дл проведени анализа в заданные моменты времени распылени включают другой пучок ионов с , обеспечивающий получение достаточного дл заданной чувствительности потока полиатомных ионов, который слабо зависит от фазового состава поверхности твердого вещества..

С ростом S растет поток полиатом- ных ионов с все больщим числом атомов и в то же врем ухудшаютс услови распьшени , в св зи с чем необходимо ограничить коэффициент распьшени второго пучка тем минимальным значением, при котором получают необходимый поток вторичных ионов за,цан ного состава и числа атомов.

С повышением числа атомов в полиатомном ионе чувствительность к фазовому составу снижаетс , а точность элементного анализа возрастает, в

св зи с чем концентраци элементов суд т по значению потока полиатомных ионов, образуемьгх пучком с , с числом атомов равным или превыщающим заданное.

Поток одноатомных ионов характеризует фазовый состав твердого вещества , однако точность анализа можно повысить, если дл этих целей использовать отнощение потоков одноатомных

к полиатомным ионам, поскольку частично сократ тс погрешности, св занные с нестабильностью условий анализа и-, средств измерений.

Бомбардировка твердого вещества

пучками первичньгх ИОНОВ может производитьс как раздельно (в этом случае дл суткдени о концентраци х используют потоки вторичных ионов., создаваемые вторым пучком), так и

совместно (в этом случае используют ротоки вторичных ионов, создаваемые одновременно обоими пучками)..

Распыление твердого вещества пуч- ком первичных ионов с снижает точность послойного анализа ввиду неблагопри тного воздействи бомбардировки на .состо ние поверхности, в св зи с. чем вли ние этого пучка минимизируют условием,при котором суммар- на толщина сло , распыленного при

, должна- быть меньшей толщины сло , распыленного при . Это условие можно выразить соотношением.

d() S(). i ()

1

d(s-iiy s().t()

или t;() S(S.1)

fTsTiT sTsTfy ,

где 2 - врем распьш.ени . d - толп(ина распьшенного сло .

Как видно из данных, приведенных: 3 таблице, с повьппением числа ато- мов .в полиатомном ионе повышаетс точность измерений.

Способ осуществл етс следующим образом. -..

Твердое вещество - технически чистый алюминий - бомбардируют пучком первичных ионов с энергией 2 кэВ, в.результате чего осуществл етс равномерное распьшение поверхности с коэффициентом S-0,5 (первый пучок). При токе ионов Хе 100мкА/см через каждый 20 с распыл етс монослой твердого вещества. Поток вторичных двухатомных ионов Alj при этом составл ет 0,510 А при давлении кислорода в камере масс-спектрометра .

Измерение концентрации элементов , и фаз в алюминии производ т раздельно вторым пучком первичных ионов Аг после сн ти 20 слаев первым пучком т.е. через каждые 400 с. Если задать поток вторичных ионов Al j равным

10 А, то дл получени его необхо- 15 Па концентраци 0%, а при Р

Из таблицы следует, что п ность определени концентрац мини при использ овании одно ионов А1 в зависимости от ф 5 состава может составить боле в то врем как при использов нов Al t соответственно т.е. с увеличением .числа ато решность снижаетс . В то же следует отметить и..снижение трехатомных ионов по сравнен атомными.

Отношение А1 /А характе концентрацию фазы. Если при Р

10

димо обеспечить коэффициент 8-2,что реализуетс при энергии пучка 10 кэВ. При этом врем бомбардировки вторым ; пучком должно быть

100%, то в среднем на 1% изм концентрации фазы отношение А измен етс более чем на 15%, обеспечивает высокую чувствит

-zrcsH)0 ,5400

100 С,

Если в камере масс-спектрометра измен ть давление кислорода от 10 до , то поверхность алюмини , будет покрыватьс слоем адсорбированного кислорода и концентраци новой фазы (А1+ О 2 ) будет расти до насьщени (см. таблицу, где представлены экспериментальные результаты по потокам вторичных ионов А, А1- и А1з , получаемых при бомбардировке алюмини пучком первичных ионов Аг при различном давлении (кислорода).А1

0,

1,2.10

3 .-10

-(2

3/10

33,3

1,8

) А1()

1,3 . 1,3

АГ

AI

15 Па концентраци 0%, а при Р

224855

Из таблицы следует, что погрешность определени концентрации алюмини при использ овании одноатомных ионов А1 в зависимости от фазового 5 состава может составить более 3000%, в то врем как при использовании йог- нов Al t соответственно 80 и 30%,, т.е. с увеличением .числа атомов пог- решность снижаетс . В то же врем следует отметить и..снижение потока трехатомных ионов по сравнению сдвухатомными .

Отношение А1 /А характеризует концентрацию фазы. Если при Р

10

100%, то в среднем на 1% изменени концентрации фазы отношение измен етс более чем на 15%, что обеспечивает высокую чувствительность

и точность измерений.

Предлагаемое техническое решение, заключаетс в обеспечении двум пучками первичных ионов оптимальных условий распылени твердого вещества

и анализа концентраций элементов и фаз, в измерении потоков одно- и полиатомных ионов, позвол ет по.высить точность анализа в 2-3 раза, что отвечает требовани м элементного и фазового анализа примесей в полупроводниковых и металлических материалах и дает экономический эффект в сфере производства и изготовлени элементов микроэлектроники и эмиссионной техники.

100

ю

8..10

,-10

1,2.10

1,

г 11

3/10 J 3,6:10

30

3,7

30-10

1,8,-10

1

-ю

,-и

1,5

1,3

.1,1

8,3

57

170

S122A8556

Фо рм ул a и 30 бр ет ен и руют и распыл ют двум пучками первичных ионов, каждый на которых дл

Способ количественного послойного г данного вещества предварительно вы- аналиэа твердых веществ, заключаю- бирают из услови обеспечени или щийс в бомбардировке и распыпении коэффициентов распылени меньших и твердого вещества первичными ионами больших единищ 1, при этом врем бом- и масс-анализе потоков вторичных по- бардировки вторым и первым пучками лиатомных ионов, отличающий- устанавливают меныпим обратного с . тем, что, с целью повышени 10 отношени коэффициентов распыле- точности количественного послойного ни данного вещества этими пуч- анализа, твердое вещество бомбарди- ками.

Claims

Фо рм ул а изо бр ет ен ия

Способ количественного послойногог анализа твердых веществ, заключающийся в бомбардировке и распылении твердого вещества первичными ионами и масс-анапизе потоков вторичных полиатомных ионов, отличающийс я . тем, что, с целью повышения точности количественного послойного анализа, твердое вещество бомбардиЬ руют и распыляют двумя пучками первичных ионов, каждый из которых для данного вещества предварительно вы5 бирают из условия обеспечения или коэффициентов распыления меньших и больших единицы, при этом время бомбардировки вторым и первым пучками устанавливают меньшим обратного 10 отношения коэффициентов распыления данного вещества этими пучками.

• Составитель В. Кудрявцев