Способ определения функции распределения недиффундирующих атомов, внедряемых в твердые тела при распыляющем облучении

(51) О 01 Я 27/6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗ ОБРЕТЕНИЯ т-; .,:.,-.,:.: ,1 3,с. 188 (протои) ДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИИ УНДИРУЮЩИХ АТО" ЕРДЫЕ ТЕЛА ПРИ И, с помощью етрии вторичных недрение в обю распределеФ з" И(54) (57) СПОСОБ ОПР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕДИФ МОВ, ВНЕДРЯЕМЫХ В Т РАСПЫЛЯЮЩЕМ ОБЛУЧЕН метода масс-спектро членов, включающий разец атомов, функц,80908149 ния которых следует определить, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения и повышения экспрессности, одновременно с внедрением в образец атомов, функцию рас пределения которых необходимо опре делить, измеряют временную зависи" мость обратного потока вторичных ионов внедренных атомов 3 (с) дооор его насыщения, а искомую функцию распределения т(х) определяют по формуле 1(х)= 1 сО (с)Бр ч 3+ се дсОбр где ч - скорость распыления обр +ца внедряемыми ионами; Э (оо- обратный поток вторичны обр ионов внедряемых атомов насыщении, 9081Изобретение относится к исследованию физических и химических свойств вещества способом масс-спектрометрии вторичных ионов (ИСВИ).Необходимость решения задачи определения функции распределения не" диффундирующих атомов, внедряемых в твердые тела . при распыляющем облучении, возникает, например, при исследованиях радиационной стойкс)сти 10 реакторных материалов или при создании методами ионного легирования полупроводниковых устройств с заданными свойствами.Известные способы определения функ.15 ции распределения таких атомов по своим методикам разделяются на два типа в зависимости от того, сопровождается ли облучение твердого тела распылением или нет. Если внедрение про- о исходит при нераспыляющем облучении, то определение функции распределения недиффундирующих атомов сводится к следующему: образец облучают ионами атомов, функцию распре 25 деления которых следует определить, затем облученный образец послойно анализируют и получают зависимость концентрации внедрения атомов от глубины, которая совпадает, с точностью до нормировочной постоянной, с искомой функцией распределенияВ тех случаях, когда внедрение атомов сопровождается распылением облучаемого образца, искажается профиль распределения внедряемых атомов по глубине в результате смещения в процессе облучения границы вакуумраспыляемая поверхность. Поэтому в этих случаях искомая Функция распределения может быть получена только в результате математической обработки измеряемого при послойном анализе искаженного профиля распределения внедренных атомов.Наиболее близким к изобретениютехническим решением является способопределения функции распределениянедиффундирующих атомов, внедряемыхв твердые тела при распыляющем облучении, по которому образец облучаютионами атомов, функцию распределения которых следует определить,до.установления стационарного (независящего от. времени) профиля распределения 2.1,Иетодом ИСВИ производят послойнь 1 йанализ, для чего облученный образец 492распыляют ионами, масса которых отлична от массы внедрения атомов, и одновременно исследуют зависимость потока вторичных ионов внедренных атомов 3+(х) от глубины х их залегания.Искомую функцию Г(х) получают, ис" ходя из экспериментально измеренной зависимости 3+(х), с помощью соотно- шения где о - плотность потока внедряемыхатомов;ч - скорость распыления образцавнедряемыми ионами; п(о) - концентрация внедренных атомов при х=0;3 (о) - поток вторичных ионов внедренных атомов при х=0.Функция Г(х) определена так, что(х) (х=( ) Однако для получения функции распреоделения внедренных атомов необходимо производить последовательно два облучения образца двумя различными пучками ионов: первое - для внедрения атомов в образец и второе для проведения послойного анализа. В следствие этого принятый за прототип способ является весьма трудоемким и требует для своего выполнения значительных затрат времени.Целью изобретения является упрощение и повышение экспрессности способа определения функции распределения недиффундирующих атомов, внедряемых при распыляющем облучении.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения функции распределения недиффундирующих атомов внедряемых в твердые тела при распыляющем облучении с помощью метода ИСВИ включающего внедрение в образец атомов, функцию распределения которых необходимо определить, измеряют временную зависимость обратного потока вторичныхионов этих атомов 3(й) до его насыщения, а искомую функцию распределения Г(х) определяют по формуле(,)-- до -( О+ (с)ч 3+ сю д 1 (аБргде ч - скорость распыления образца внедряемыми ионами;з 908 3 + (оф 1 - обратный поток вторичныхОРионов, внедряемых атомовпри насыщениифизическое обоснование способа заключается в следующем. Пусть внедрение происходит в течение времени , . Бсли облучение внедряемыми ионами сопровождается распылением, то за это время поверхностный слой образца толщиной ч С окажетя распылен ;дым. При этом атомы, которые были внедрены в этой слой, покинут образец. Число таких атомов М(И;) следующим образом выражается через искомую функцию распределения: 15чЙщ)" дх. дИ(х-хс) 12)0братныи поток 3 5. (с) внедренных атомов есть производная от й(с) и поэтому связан с функцией Г(х) следующим соотношением:чГ . (с)= - =Э д 25 Ионная составляющая этого потока( ) =а(с) =3 (И, (З)где с - константа, оторая связанаследующим, вытекающим из формул (, 1 )и (3), соотношением с обратным по"1током вторичных ионов внедряемыхатомов при насыщениис=3, ( )/3 (4)Дифференцируя равенство (3) по с,получаем3 ( )= чсЭГ(чс) 40 учитывая теперь, что чт.: х, и используя выражение (4 ) для константы с, получаем окончательную формулу для определения функции т(х) по экспериментально измеряемой зависи мости от времени обратного тока вторичных ионов: Я 2 Ее 2 Д )6) дс Г (х)= ор50Приведем пример конкретной реализации предлагаемого способа, Пусть, например, необходимо определитьфункцию распределения в кремнийатомов бора, внедряемых при энергии 55 30 КэВ, Для этой цели используют установку,состоящую из источника ионов, ускоряющей трубки масс-анализатора 149 4камеры мишени и масс-спектрометравторичных ионов, На этой установкеформируют пучок ионов бора с энергией 30 КэВ и направляют его на мишень, которой в данном случае, служитобразец, изготовленный из кремния.Проникая в образец, ионы бора теряютэнергию и заряд и, остановившись, об"разуют примесные атомы бора, определенным образом распределенные по объему кремния. Поскольку одновременно спроцессом внедрения происходит распыление, при котором облучаемый ионами участок поверхности смещаетсявглубь кристалла, то внедренные атомы бора через некоторое время,. пропорциональное глубине внедрения, оказываются на поверхности и выбираютсяиз кремния в виде вторичных ионов,с помощью масс-спектрометра потокэтих вторичных ионов регистрируют,снимают его зависимость от времени3 . (1) и измеряют значение 3+ (со)когда Э(с) перестает изменяться+ оорсо временем. При облучении кремнияпучком ионов бора с энергией 30 КэВи плотностью тока 10 А/см , время,2за которое поток Э р(с) достигает+значения 3 (х),становится затемпостоянным и составля)ет около 6 мин.После того, как было получено значение Э(со), облучение прекращаюти известными способами (например,способом взвешивания измеряют ско"рость распыления кремния ионами бораданной энергии. Затем, выполняяграфически или на ЭВИ дифференцирование зависимости 3,5 (с) по времео рни, получают с помощью формулы функцию распределения атомов бора,внедренных в кремний при энергии "30 Кэ 8,Предлагаемый способ позволяет исключить трудоемкую операцию послойного анализа облученного образца, связанную с необходимостью его распыления ионами с массой, отличной от массы внедренных атомов. Возмож" ность получения искомой функции .рас пределения в результате однократного облучения ионами только одного сорта делает предлагаемый способ более простым по сравнению с прототипом и позволяет существенно сократить время определения функции распределения. Эти обстоятельства делают очевидной экономическую эффектйЪ" ность предлагаемого способа.