Способ подготовки образцов для электронно-графических и электронно-микроскопических исследований

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1800337 23/22, 1/ 51)5 О ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ СССР ТЕНТНОЕ АВТО АНИЕ ИЗС) МУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Физико-технический институт АН БССР (72) Ю.Л.Бобченок(56) Бобченок Ю.Л. и др, Методы получения образцов металл-кремний химическим травлением для исследований на электронографе и электронном микроскопе//Приборы и техника эксперимента. 1986. М 1, С. 214 - .216.Авторское свидетельство СССР В 1505158, кл. 6 01 К 1/28, 1989.(54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ГРАФИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ИС- СЛЕДОВАНИЙ Изобретение относится к области электррнографии и электронной микроскопии иможет быть использовано при исследовании структуры приповерхностных слсев металлов, полупроводников, диэлектриков,керметов, а также структуры и фазового состава переходных слоев металл-полупровбдник, 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 нейтраль.ной жидкости, например дистиллированной воды, исследуемой стороной вниз, нанесе(57) Использование; в электронографии и электронной микроскопии, в частности при исследованиях структуры приповерхностных слоев металлов, полупроводников, диэлектриков, керметов и переходных слоев указанных материалов, Сущность изобретения: для полного сохранения поверхности исследуемой стороны образца путем защиты от воздействия травителя при ее травлении создают избыточное давление в химической инертной жидкости 100-200 Па со стороны исследуемой поверхности образца, травитель наносят на обратную сторону образца, травление ведут до появления микроотверстий, разбавленный травитель откачивают с обратной стороны образца. 1 ил. ние на обратную сторону образца травите- а ля, травление до появления микроотвер- СО стий, травитель со стороны рабочей Ср поверхности разбавляют и удаляют потоком жидкости, перпендикулярной. оси зоны травления, создают с рабочей стороны избыточное статическое давление нейтральной жидкости 1 10 - 2 10 Па.По способу-прототипу в момент образования микроотверстий в образце в результате его протравливания травитель д попадает в нейтральную жидкость, потоком которой он смывается вдоль поверхности образца, В результате образуется след на поверхноСти образца от взаимодействия разбавленного травителя, вытянутый в направлении движения потока жидкости.Создание избыточ ого статического давления жидкости 1 10 - 2 10 Па подобразцом 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 10 травления и не позволяет попадать разбавленному травителю на рабочую сторону. В этом случае не происходит подтравливания исследуемых слоев и полностью сохраняется полезная информация. 15Избыточное давление в нейтральной жидкости под образцом должно находиться в пределах 1 10 - 2 10 Па, Выбор этих пределов обоснован тем, что при давлении ниже 1 10 Па в результате перемешива ния травителя и нейтральной жидкости небольшое 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 10 Папроисходит 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, 40П р и м е р. При подготовке образцов для проведения электронно-микроскопических и электронно-графических исследований использовали кремний КЭЙ,5, легированный бором до концентрации К = 1026 м-з, 45 На рабочую сторону образцов наносили слой титана толщиной 100 нм. Утонение образца проводили с. помощью травителя СР, представляющего собой смесь плавиковой, азотной и уксусной кислот в 50 соотношении 3:5:3. Травление образца проводили а 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 фторопластовый 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 травителе НР:НКОз = 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 перепада 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 поршняотсасывающего насоса. Через патрубок 12 разбавленный травитель отсасывается в цилиндр насоса объемом 50 см, 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 втечение всей операции в заданных пределах от 200 до 100 Па,В результате подготовки образцов по описанному способу на рабочую сторонутравитель не попадает, что позволяет сохранить переходные соли таких контакгных систем как титан-кремний и ванадий-кремний,которые разрушаются при подготовке обраэцов по способу-прототипу в связи с выПодписноеениям и открытиям при ГКНТ Сая наб 4/5 итета по изобр вэ,Ж, Рауш Производственно-издательский комбинат ".Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 сокой реакционной способностью титана и ванадия по отношению к применяемым для утонения кремния травителям,При этом в случае снижения избыточного давления до уровня 100 П э в районе микроотвестий на образцах наблюдали подтравливание пленки титана вплоть до обнажения поверхности кремниевой подложки. При съемке на электронографе ЭМР таких образцов рефлексы от фазы титана 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. При съемке на ЭМРна электронограммах в этих случаях присутствовали рефлексы от подложки кремния, рефлексы от промежуточных фаз на границе раздела пленка титана-кремниевая подложка и рефлексы от пленки титана. Данный способ обеспечивает получение качественных образцов в 95 О случаев.Аналогичным образцом были подготовлены образцы металл-полупроводник в системах Ч-Я, Мо-Я, Та-Я, И-Я для электронно-микроскопических исследований переходных слоев, расположенных нэ границераздела пленка-подложка,Таким образом, способ позволяет повысить качество образцов, содержащих тон 5 кие, порядка 10 - 100 нм, переходные слои,составляющие межфазные границы, расположенные на поверхности исследуемых образцов, содержащих, в частности, такиеобладающие высокой реакционной способ 10 ностью по отношению к травителям металлы, как титан и ванадий.Формула изобретенияСпособ подготовки образцов для электронно-графических и электронно-микроско 15 пических исследований, включающийразмещение образца исследуемой сторо. ной в контакте с поверхностью химическиинертной к материалу образца жидкости,нанесение травителя на обратную сторону20 образца, травление до появления микроотверстий и удаление травителя потоком жидкости,отлич:. ющийсятем,что, с цельюполного сохранения поверхности исследуемой стороны образца, поток жидкости фор 25 мируют путем создания в химическиинертной жидкости избыточного статического давления 100 - 200 Па, э разбавленныйтравитель откачивают с обратной стороныобразца.