SU1368747A1

SU1368747A1 - Способ количественного анализа примесей в металлах и полупроводниках

Info

Publication number: SU1368747A1
Application number: SU864041003A
Authority: SU
Inventors: Андрей Петрович Алексеев; Владимир Иванович Запорожченко; Михаил Иванович Коломейцев
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Центр По Изучению Свойств Поверхности И Вакуума
Priority date: 1986-01-06
Filing date: 1986-01-06
Publication date: 1988-01-23

Abstract

Изобретение относитс к физичес КИМ методам исследовани состава.материалов , а более конкретно к способам анализа твердых тел методом электронной оже-спектроскопии. Цель изобретени - повьшение точности и расширение диапазона анализируемых элементов . Дл этого способ послойного анализа методом электронной оже-спек- троскопии, предусматривающей измерение отношени интенсивностей оже-ли- НИИ примеси к основе образца на различных глубинах образца при его последовательном стравливании ионным пучком, комбинируют с измерением отношени интенсивностей характеристического рентгеновского излучени примеси в образце к эталону или примеси к основе образца. На основе измеренных интенсивностей и полученных аналитических выражений определ ют коэффициент относительной элементной чувствительности атомов примеси в образце без привлечени физических параметров оже-эмиссии. 2 з,п. ф-лы. i С/ С

Description

00

Изобретение относитс к физичес КИМ методам исследовани состава материалов , а именно к способам анализа твердых тел методом электронной оже спектроскопии.

Цель изобретени - повышение точ ности и расширение диапазона анализируемых элементов.

Способ заключаетс в использовании послойной электронной оже-спектроскопии в комбинации с рентгеноспек- тральным микроанализом. При измере-

элементной чувствительности атомов примеси в образце. Если.дополнительно измерить отношение k интенсивностей характеристического рентгеновского излучени , возбуждаемого электронным пучком в исследуемом образце и эталоне, состо-

ни х оже-электронов при последовательном распылении поверхности образ- 15 щем из однородного по объему мате- ца ионами инертных газов концентраци риала и содержащем известное количе- примесй nj(Z) на глубине Z св зана с ство атомов примеси, то коэффициент отношением I(Z) интенсивностей оже-

и

NA

ci(, можно определить из соотношени

00

IP I Ц(г) ехр ( совесЧ ) dZ 1 о J э

I(Z) ifCZ) ехр (-|M/)Z cosec U)) dz

(2)

ЛИНИЙ атомов примеси и атомов основы в образце соотношением:

n(Z) N-olh I(Z) (1) где N - объемна концентраци атомов

основы, см

ГЗ;

о1 - коэффициент относительной

щем из однородного по объему мате- риала и содержащем известное количе- ство атомов примеси, то коэффициент

(2)

де N

W

F

(z

/Ц число Авогадро; ; массова концентраци атомов примеси в эталоне; атомный вес примеси; плотность;

функци распределени генерированного характеристического рентгеновского излучени по глубине; массовый коэффициент ослаблени излучени ;

I А M (Z) ехр (-(upz созесЧО dzl

t-

-I А fl(Z)4(Z) ехр ( cosec Ч) dZ

V Jof.Jf

е - параметр, учитьшающий различие в чувствительности спект- рометра и выходе рентгеновского флуоресцентного излучени от атомов основы и атомов примеси; атомный вес;

соответственно атомы основы и примеси.

А

и П

R

1 const JW(Z)4(Z)p(Z) ехр (-(4pZ созесЦ) dZ

В соответствии с (1) выражение дл массовой концентрации W, примесного элемента принимает вид:

тт / 7 - n(Z) АП Пп(г)Ап (сч

п) - п„(г)А;,+м„ р(ЩГ

Ч - угол отбора рентгеновского

излучени ;

э ИоБ эталон и исследуемый образец соответственно. В другом варианте можно измерить отношение k интенсивностей характеристического рентгеновского, излучени атомов примеси и атомов основы, генерированного электронным пучком в исследуемом образце, и определить ь/ по формуле

(3)

Физическое обоснование способа заключаетс в следующем. Интенсивность характеристического рентгеновского излучени примесного элемента, воз- бужденного электронным пучком, св зана с его распределением по глубине исследуемого образца соотношением

(4)

Дл эталона, состо щего из одно- 55 родного по объему материала и содержащего известное количество атомов примеси, интенсивность характеристического рентгеновского излучени атомов примеси

const

00

WP i(Z) exp (-(PZ созесф) dZ

Далее ввод т обозначение k I подставл ют (5) в (4), в результате чего получают формулу (2) дл с.,.

Выражение дл массовой концентра ции атомов основы исследуемого образца имеет вид:

const

NAp N

00

4(Z) exp (-/чр Z сОзесЦ ) dZ

Введ обозначение k I /I с учетом (4), (5) и (8) получают формулу (3) дл ftif,.

П р и м е р. Требуетс определит коэффициент относительной элементной чувствительности 1 1шь ка As в кремни Si дл количественного оже анализа. В качестве исследуемого образца дл определени d используют образец Si с произвольным глубинным профилем As, а в качестве эталона - арсенид галли GaAs. Рентгеновский спектрометр настраивают на длину волны As-K Значение k определ ют как отношение числа импульсов -за вычетом фона от исследуемого образца к числу импульсов от эталона при ускор ющем напр жении первичного электронного пучка 30 кВ. Далее путем облучени поверхности исследуемого образца пучком электронов с ускор ющим напр жением 5 кВ и послойным распылением пучков ионов инертного газа (аргон) с ускор ющим напр жением 2 - 4 кВ измер ют отношение ицтенсивностей оже-линий As (1228 эВ) и Si (92 эВ) как функцию времени распылени . По окончании анализа толщину удаленного сло определ ют имеющимис в наличии методами (например, механическим профило метром)5 после чего от шкалы времени переход т к шкале глубин, т.е. по лучают функцию l(z) I д (Z)/l5 где I c,(-Z), - интенсивность оже- линий атомов Аз и Si соответственно.

Дл эталона и кремни аналитически задают функции распределени интенсивности k -линии излучени атомов Аз по глубине Ц (Z) при ускор ющем напр жении первичных электронов 30 кВ, определ ют коэффициенты массового поглощени As-kot излучени в

(6)

NAc

,0) - n(z)An+NA,

(7)

-о

в соответствии с (4) и с учетом (7) выражение дл интенсивности характеристического рентгеновского излуче ни атомов основы исследуемого образца принимает вид:

(8)

кремнии и эталоне. Значение с, определ ют по формуле (2) численным ин- 20 тегрированием на ЭВМ.

В случае безэталонного анализа определ ют k как отношение числа импульсов за вычетом фона при настройке спектрометра на длину волны As-kj 25 к числу импульсов при настройке спек рометра на длину волны Si-k. Значение в этом случае определ ют по формуле (З).

Уровень фона определ ют как число 30 импульсов от Si, не содержащего примесей , при настройке спектрометра на длину волны As-k(.либo как число им- пульсов от исследуемого образца при настройке спектрометра относительно 35 линии Аз-k. Первый способ коррекции фона вл етс предпочтительным, поскольку в этом случае нет необходимости в перестройке спектрометра и достигаетс более высока точность. 40 Предлагаемьш способ позвол ет исключить ошибку при определении, св занную с неопределенностью дозы атомов примеси в анализируемом слое исследуемого образца, внедренных мето- 45 дом ионной имплантации. Это делает возможным проводить аттестацию образцов с неоднородным распределением примеси на глубину и использовать их в качестве стандартных дл градуи- 50 ровки приборов технологического контрол изделий электронной техники, примен ющих такие методы послойного химического анализа поверхности, как электронна оже-спектроскопи (ЭОС), 5 вторично-ионна масс-спектрометри (БИМС), рентгеновска фотоэлектронна спектроскопи (РФЭС), что позволит в несколько раз повысить точность количественного анализа. Становитс воз-

5136

можным независимым способом контролй- ровать Дозу ирнно-имплантированной примеси в рабочем слое полупроводниковой структуры, а также определ ть концентрацию атомов примеси, введен ных в образец другим способом (напри мер, термической диффузией), когда невозможно контролировать дозу внед ренных атомов.

Claims

Формула изобретени

, Способ количественного анализа примесей в металлах и полупроводни как, заключающийс в послойном ион ном травлении поверхности исследуе мого образца, облучении указанной поверхности пучком электронов, измерении отношени l(z) интенсивностей оже линий атомов примеси и атомов основы образца как функции толщины Z стравленного сло и определении концентрации n(z) примеси по формуле n(Z} (z), гдес.- коэффициент относительной элементной

h

{ pjVz)exp(-j4/2; cosecV dz NA „{/ l(Z)(f(Z)exp(-|4pZ cosec 4)dz

где N

Ч

35

- число Авогадро; - массова концентраци атомов пршчеси в эталоне; Р - плотность; А„ -. атомный вес; (z) - функци распределени

возбуждаемого характеристического рентгеновского излучени по глубине; массовый коэффициент ослаблени рентгеновского излучени ;

Но

(AJ M CZ) esp (-PPZ cosecU)dz}

oi, k °

(U 40

Ц) - -угол отбор го излучен

э иоо- соответств образец.

3. Способ по п. 1, ю щи и с тем, что ношение k характерист геновского излучени а и основы образца и коэ определ ют по формуле

Aj I(Z)4(Z) exp ( cosec Ч) dZ

0

5

6

чувствительности; К - объемна концентраци атомов основы образца, отличающийс тем, что, с целью повышени точности и расширени диапазона анализируемых элементов , электронным пупком возбуждают характеристическое рентгеновское излучение атомов примеси в образце и эталоне или атомов примеси и основы в образце и по величинам измеренных интенсивностей характеристического рентгеновского излучени определ ют величину коэффициента п относительной элементной чувствительно- рти.
2. Способ по п. 1, отличающийс тем, что измер ют от-

ношение k интенсивностей характеристического рентгеновского излучени атомов примеси в образце и эталоне из однородного по объему материала с известным содержанием атомов примеси

и коэффициенте определ ют по формуле

Ц) - -угол отбора рентгеновского излучени ;

э иоо- соответственно эталон и образец.
3. Способ по п. 1,отлича- ю щи и с тем, что измер ют отношение k характеристического рентгеновского излучени атомов примеси и основы образца и коэффициент с, определ ют по формуле