Способ количественного анализа примесей в металлах и полупроводниках

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследователь ский центр по изучению свойств поверхности и вакуума(56) Выложенная заявка ФРГ У 2546053 кл. С 01 М 23/227, 1976.Рц 1 идага К. ег а 1. Яцапг 1 Са 11 ле Ацяег Апа 1 уз 1 з оЕ 1 оп - 1 шр 1 апгей Вогоп апй Агаепдс дп Ро 1 усгузга 11 хпе Зд 1 хсоп, - Бцгйасе Бс 1 епсе, 1976, ч. 61, р. 435-442.(54) СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА ПРИМЕСЕЙ В МЕТАЛЛАХ И ПОЛУПРОВОДНИКАХ(57) Изобретение относится к физическим методам исследования состава материалов, а более конкретно к спосо бам анализа твердых тел методом электронной оже-спектроскопии. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона анализируемых элементов. Для этого способ послойногоанализа методом электронной оже-спектроскопии, предусматривающей измерение отношения интенсивностей оже-линий примеси к основе образцана различных глубинах образца при его последовательном стравливании ионнымпучком, комбинируют с измерением отношения интенсивностей характеристического рентгеновского излучения примеси в образце к эталону или примесик основе образца. На основе измеренных интенсивностей и полученных аналитических выражений определяют коэффициент относительной элементнойчувствительности атомов примеси вобразце беэ привлечения физическихпараметров оже-эмиссии. 2 з.п. ф-лы.8747 2линий атомов примеси и атомов основы в образце соотношением:п(Е) = 1)1 А 1(2) (1)где 1)1 - объемная концентрация атомов 5основы смЗяЫ - коэффициент относительнойэлементной чувствительностиатомов примеси в образце,Если дополнительно измерить отношение Е интенсивностей характеристического рентгеновского излучения,возбуждаемого электронным пучком висследуемом образце и эталоне, состо ящем из однородного по объему материала и содержащем известное количество атомов примеси, то коэффициентдь можно определить из соотношения 136(Ър 1 Ч(2) ехр (-рр 2 сояес Ч) ЙЕ 1о э МдйСЕ.НАчисло Авогадромассовая концентрация атомов примеси в эталоне; атомный вес примеси; плотность;функция распределения генерированного характеристического рентгеновского излучения по глубине; массовый коэффициент ослабления излучения; 25 Ап РА Ю(2) ехр (-рРЕ сояесЧ) ЙЕ)р) (- (3) А 1(2)Р(2) ехр (-(ЯРЕ соеес Ч) ЙЕ) параметр, учитывающий различие в чувствительности спектрометра и выходе рентгеновского флуоресцентного излучения от атомов основы и атомовпримеси;атомный вес;соответственно атомы основыи примеси. где р -А -оип й001= сопвйЧ(Е)Ч(Е)р(Е) ехр (-чрЕ совесц дЕ(4)В соответствии с (1) выражение Для эталона, состоящего из однодля массовой концентрации И примес родного по объему материала и содерного элемента принимает вид: жащего известное количество атомовпримеси,интенсивность характеристиЧ (Е) - Е А +БА Р Е Бческого рентгеновского излучения.ато имов примеси Изобретение относится к физическим методам исследования состава материалов, а именно к способам анализа твердых тел методом электронной ожеспектроскопии.Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона анализируемых элементов.Способ заключается в использовании послойной электронной оже-спектроскопии в комбинации с рентгеноспектральным микроанализом. При измерениях оже-электронов при последовательном распылении поверхности образца ионами инертных газов концентрация примеси п(Е) на глубине Е связана с отношением 1(Е) интенсивностей ожеМ - угол отбора рентгеновскогоизлучения;з и 8- эталон и исследуемый образец соответственно,В другом варианте можно измеритьотношение К интенсивностей характеристического рентгеновского излучения атомов примеси и атомов основы,генерированного электронным пучком висследуемом образце, и определить 0(по формуле Физическое обоснование способа заключается в следующем. Интенсивностьхарактеристического рентгеновскогоизлучения примесного элемента, воз бужденного электронным пучком, связана с его распределением по глубинеисследуемого образца соотношением1368747 1 сопз С ЧК(2) ехр (- цоДалее вводят обозначение К = 1/1подставляют (5) в (4), в результатечего получают формулу (2) дляо,(6) р Е созесЧ) С 12 р ГТ ИА(8) кремнии и эталоне. Значение б определяют по формуле (2) численным ин 20 тегрированием на ЗВМ,В случае безэталонного анализаопределяют К как отношение числа импульсов за вычетом фона при настройке спектрометра на длину волны Аз-К,25 к числу импульсов при настройке спектрометра на длину волны Ы-К . Значение с в этом случае определяют поформуле (3).Уровень фона определяют как число30 импульсов от Ях, не содержащего примесей, при настройке спектрометра надлину волны Аз-К слибо как число импульсов от исследуемого образца принастройке спектрометра относительноЗ 5 линии Аз-К. Первый способ коррекциифона является предпочтительным, поскольку в этом случае нет необходимости в перестройке спектрометра идостигается более высокая точность,40 Предлагаемый способ позволяет исключить ошибку приопределении, связанную с неопределенностью дозы атомов примеси в анализируемом слое исследуемого образца, внедренных мето 45 дом ионной имплантации. Зто делаетвозможным проводить аттестацию образцов с неоднородным распределениемпримеси на глубину и использовать ихв качестве стандартных для градуи 50 ровки приборов технологического контроля изделий электронной техники;применяющих такие методы послойногохимического анализа поверхности, какэлектронная оже-спектроскопия (ЭОС),55 вторично-ионная масс-спектрометрия(ВИМС), рентгеновская фотоэлектронная 1спектроскопия (РФЭС), что позволит внесколько раз повысить точность количественного анализа. Становится возВыражение для массовой концентрации атомов основы исследуемого образца имеет вид: Введя обозначение К = 1 /1 , сК Кучетом (4), (5) и (8) получают формулу (3) для ь,И р и м е р, Требуется определитькоэффициент относительной элементнойчувствительности мышьяка Аз в кремнииБ для количественного оже-анализа.В качестве исследуемого образца дляопределения Ы используют образецБ с проиэвольйым глубинным профилемАз, а в качестве эталона - арсенидгаллия ОаАз. Рентгеновский спектрометр настраивают на длину волны Аз-В,Значение К определяют как отношениечисла импульсов за вычетом фона отисследуемого образца к числу импульсов от эталона при ускоряющем напряжении первичного электронного пучка30 кВ. Далее путем облучения поверхности исследуемого образца пучкомэлектронов с ускоряющим напряжением5 кВ и послойным распылением пучковионов инертного газа (аргон) с ускоряющим напряжением 2 - 4 кВ измеряютотношение интенсивностей оже-линийАз (1228 эВ) и 81 (92 эВ) как функ-цию времени распыленияПо окончаниианализа толщину удаленного слоя определяют имеющимися в наличии методами (например, механическим профилометром), после чего от шкалы временипереходят к шкале глубин, т.е. получают функцию 1(Е) = 1(Е)/1где 1 (Е), 1 , - интенсйвность ожелиний атомов Аз и Ы соответственно.Для эталона и кремния аналитически задают функции распределения интенсивности Ц-линии излучения атомовАз по глубине М (Е) при ускоряющемнапряжении первичных электронов30 кВ, определяют коэффициенты массового поглощения Аз-К, излучения в В соответствии с (4) и с учетом (7)выражение для интенсивности характеристического рентгеновского излучения атомов основы исследуемого образца принимает вид;5 13687476 можным независимым способом контролй- чувствительности; Б = объемная конровать Дозу ионно-имплантированной центрация атомов основы образца, примеси в рабочем слое полупровод- о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, никовой структуры, а также определять с целью повышения точности и расши 5концентрацию атомов примеси, введен- рения диапазона анализируемых эленых в образец другим способом (напри- ментов, электронным пу 4 ком возбуждамер, термической диффузией), когда ют характеристическое рентгеновское невозможно контролировать дозу внед- излучение атомов примеси в образце ренных атомов. и эталоне или атомов примеси и основы в образце и по величинам измерен- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ных интенсивностей характеристического рентгеновского излучения определяют величину коэффициента АА 2) относительной элементной чувствительности. 11111 ф(Е)ехр(-ррах созесЧ) йЕ о яА 111(2)М(2)ехр(-РРЕ сояес Ю)ЙЕ) соо 6 где И 4) - угол отбора рентгеновского излучения;э иоо- соответственно эталон иобразец,35 3, Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем что измеряют отЭношение К характеристического рент О геновского излучения атомов примесии основы образца и коэффициент ф определяют по формуле ия,) А,1 Ф(е) еяр -)я 2 сояесю)22) О =. 1 А. Рчения от атомов основы иатомов примеси;л и о - соответственно атомы примеси и основы,50 Кононов Корректор М. Лемчик Заказ 283 44 Тираж 8 7 Подписное ВНИИПИ Государ)ственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятйе",г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1, Способ количественного анализа примесей в металлах и полупроводни ках, заключающийся в послойном ионном травлении поверхности исследуемого образца, облучении указанной поверхности пучком электронов, измерении отношения 1(Е) интенсивностей оже-линий атомов примеси и атомов основы образца как функции толщины К стравленного слоя и определении концентрации пп(Е) примеси по формуле п,(Е) = И"о 1(Е), где с). - коэф фициент относительной элементной- число Авогадро;- массовая концентрация атомов примеси в эталоне;плотность;в . атомный вес;- функция распределениявозбуждаемого характеристического рентгеновскогоизлучения по глубине; - массовый коэффициент ослабления рентгеновскогоизлучен 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что измеряют отношение К интенсивностей характеристического рентгеновского излучения атомов примеси в образце и эталоне из однородного по объему материала с известным содержанием атомов примеси и коэффициенто определяют по форму- ле