Способ анализа материалов

сОюз сОВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКРГСПУБПИК 69519 9) 11 1 3/20 с 51)5 О УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ нивер елихаты лиза на Наукова ие анаовании б,; Прох лучей. ния ВыВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) 539.171(088.8)56)Кл)очников А. А, и др, Методы анпучках заряженных частиц, Киев:Думка, 1987, с. 150.Гетманец О. М, и др, Применелитических методов при исследспектров обратного рассеяния. - Вблемы ядерной физики и космическиХарьков, изд-во при ХГУ объединесшая школа, 1984, с. 71-80.Заявка Франции Р 2292976,кп. О 01 й 23/203, 1983. Изобретение относится к методам анализа вещества с использованием ускорителей заряженных частиц и может быть использовано для оп редел ения дефектно-и римесного состава материалов в электротехнической и электронной промышленности,Цель изобретения - повышение чувствительности анализа при возможности его осуществления на глубинах, превышающих величину пробега ионов,Сущность способа состоит в том, что при анализе материалов методом резерфордовского обратного рассеяния, включающем облучение образца исследуемого материала, сканирование ионного пучка по(54) СПОСОБ АНАЛИЗА МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к методам анализа вещества с использованием ускорителей заряженных частиц и может быть использовано для определения дефектнопримесного состава материалов в электротехнической и электронной промьллленности, Цель изобретения - повышение чувствительности анализа при воэможности его осуществления на глубинах, превышающих величину пробега ионов. Перед облучением на исследуемом образце выполняют косой микро- шлиф от его поверхности до заданной анализируемой глубины, а над образцом помещают маску, толщину которой изменяют вдоль поверхности образца таким образом, чтобь прошедшие через нее бомбардирующие ионы, рассеиваясь на атомах примеси (р на одной и той же глубине от поверхности образца, имели при выходе из образца одинаковую регистрируемую энергию. 1 з. и, ф-лы, 2 ил,поверхности образца и регистрацию расеавй сеянных ионов, согласно изобретению перед облучением на исследуемом образце выполняют косой микрошлиф от его повер- Ч хности до заданной анализируемой глубины, а над образцом помещают маску, толщину которой изменяют вдоль поверхности образца таким образом, чтобы прошедшие через нее бомбардирующие ионы, рассеиваясь на атомах примеси на одной и той же глубине от поверхности образца, имели при выходе из образца одинаковую регистрируемую энергию, При этом маска относительно падающего пучка остается неподвижной, а сканирование осуществляет(5) следует, чтовски совпадает слом (К 1=К, п 1=п)ся линейной Из формулыкогда вещество мруемым материамрсть Цу) являет6(у)=А+В у,где А и В - постослучае являетсяйяемым из соотн случае нализизависи(ха+ Еф- ( где а- Ь(1 - п)(С Ь и и - пар энрпгр ичсру 3ся путем смещения образца под пучком вдоль направления микрошлифа.Размещение маски над исследуемым образцом приводит к формированию заданного энергетического спектра ионов, проШедших маску,. которые, рассеиваясь на атомах примеси в образце с косым шлифом На заданной глубине от поверхности, Выходят из образца с одинаковым значением Внергии, что приводи.г к улучшению разрешения по глубине.На фиг. 1 изображена схема; поясняюЩая сущность предлагаемого способа; на фиг, 2 - профиль концентрации мышьяка в анализируемом образце.Способ осуществлчется следующим образом.Пучок 1 ионов с энергией Е 0 от ускорителя падает на маску 2, площадь поверхности которой одного порядка с диаметром пучка, Непосредственно под маской 2 помещают анализируемый образец 3, на котором ,выполнен косой микрошлиф с углом а, Образец ориентируют относительно пучка и закрепляют так, чтобы его глубина от поверхности Х Отсчитывэлдсь Вдоль напраВ- ления падения пучка ионов. Сканирование образца 3 относительно пучка 1 и маски 2 осуществляют Вдоль оси у, перпендикулярной Х. За начало отсчета осей Х и У принимают точку О, лежащую на поверхности образца на краю микрошлифа. Оси Х и У лежат в плоскости пацения пучка, Вышедшие иэ образца 3 ионы 4 под углом О регистрируются детектором. 5, Толщину маски изменяют вдоль направления так, чтобы прошедшие через нее бомбардирующие ионы, рассеиваясь на атомах примеси на одной и той же глубине х 1 анализируем:го образца 3 под углом О, имели на выходе из образца одну и ту же энергию Е 1,Пусть энергия ионов, прошедших маскухарактеризуется следующей зависимостью; Е=Е(у). Если ограничиться достаточно надежной степенной зависимостью тормозной способности падающих ионов в анализируемом материале от их энергии"- -= КЕ" (1) где К и и - постоянные, значение которых определяется типом бомбардирующих ионов и параметрами анализируемого материала, то зависимость Е(у) примет вид:1 К 1-д).аметры, характеризующи завислмость тормозно 5 10 15 20 25 30 35 40 способности анализирующих ионов в веществе маски; гпгде д = -- отношение массы анализируМющего иона к массе атома примеси;С - угол рассеяния;х= х 1(1-у 1 д а).Отсюда следует ограничение на дллну маски Толщина маски Ь должна зависеть от у таким образом, чтобы прошедший через нее пучок ионов с энергией Ео имел на выходе из маски энергетическую зависимость Е(у), определяемую формулой (2).Пусть тормозная способность пучка ионов в веществе маски характеризуется также степенной зависимостью от энергии: где К 1 и п 1 - постоянные, определяемые параметрами вещества маски.В этом случае зависимость толщины маски Ь от у можно получить в явном виде ота энергетического спектра рассеионов при энергии Е 1 пропорциоконцентрации примеси на глубине имеется не одна, а несколько приатомными массами щ 2, вз и т, д., то из них будет соответствовать свое е энергии рассеянных ионов, свяс Е 1 киню.:атическим фактором,=41- 11 м1 П 12 П 1 ЗЕ 2 = - Е 1; ЕЭ --- Е 1 и т,д (8) П 1; ГП 1 т.е. высота энергетического спектра приэнергиях Ег. Ез и т.д, соответствует концентрации соответствующей примеси наглубине х 1 Для получения профиля концентрации примесей в анализируемомматериале необходимо осуществлять сканирование образца относительно г.учка и 10маски вдоль оси у в направлении. показанномна чертеже стрелкой. Смещение относительно начального положения на расстояниеЛт соответствует переходу от поверхности образца на глубину Х= Л ттц а. При 15этом значение анализируемой глубины соСта вляетх 2=Х+х 1, (9)Последовательно смешая образец намалые расстояния ЛУ, можно проанализировать содержание примесей с достаточномалым шагом по глубине вплоть до максимального значения анализируемой глубины и, таким образом, построить профильконцентрации примесей по глубине образца, Разрешение по глубине в этом случаеОпределяется энергетическим разрешением детектора и составляет величину порядка 0,01 мкм,В к,".честяе примера реализации заявляемого сггособа рассмотрим анализ кремниевого образца, леяированного мышьяком,Размер образца составляе.г 1 см, глубиналегирова,ия до ".Игает 40 мкм. На образцевыполнен косой м:.Крошлиф от поверхности З 5до глугины 40 ькм путем шлифовки, полировки и по:ледующего травления. Угол,под которьм;:,л.;Лая микрошлиф, ОГ 1 редсляется из у словия/т.е. Он равен Гл.,=1;1.Маска изготовлена из кремния методом вакуумного напьгления и представляет со/бой клин с углом ф =25, определяемым согласно фоомуле 7), Длина маски 3 мм. При этом диамето пка бомбаодирующих ионов Н. с эне,гией 2 УэБ составляет 1 мм,+Максимальная толщина маски равна 4 мкм. В качество начальной глубины зондироваиия выбрано.значение х 1=-0,05 мкм, Ему соответствует значение энергии обратно рассеянных ионов под углцм 0=150о на атомах мышьяка Е = 1,01 1 лзВ, Спектр обратного рассея сия регистрируется при помощи кремниевого повеохностно-барьерного детект ра и анализатора, После набора необходимой дозы Образец смещают на величину Л у=500 мкм, которой соответствует шаг по глубине Лх=Лу 19 а = 2 мкм,На фиг, 2 показан профиль концентрации мышьяка в анализируемом образце, Уменьшая величину смегцеиия Л у, можно уменьшить шаг по глубине и получить более детальный профиль концентрации примеси, Разрешение по глубине при этом постоянно и составляет значение 0,01 мкм.В таблице приведены результаты сравнения области применимости заявляемого способа с аналогом и прототипом. Хз таблицы видно, что предложенный способ позволяет повысить разрешение по глубине на глубинах, превышающих область и оименимости прототипа.Таким образом, описанный способ анализа материалов имеет ряд существенных пре:,муществ по сравнению с прототипом, заключающихся в возможности проведения (анализа) образцов с высоким разрешение 1 в широком диапазоне глубин. При этом. улучшается разрешение по массе анализируемой примеси, так как согласно формуле (8) каждой примеси на заданной глубине соответствует св 1 я энергия рассеянньгх ионов. Формула изобретения 1. Способ анализа материалов, включающий Облучение образца исследуемого вещества ионным пучком, сканирование ионного пучка по поверхности образца и регистрацию обратно рассеянных ионов, по спектру которых судят о составе вещества, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности анализа при возможности его осуществления на глубинах, превышающих величину пробега ионов, образец выг 1 олняют в виде косого шлиф, при этом энергетический спектр ионного пучка формируют удовлетворяющим условию, что ионы, рассеянные в образце на одной и той же глубине, имеют одинаковую регисгрируему,о энергию,1695197 2. Способпоп,1, отличающийся твм, что формирование энергетического спектра ионного пучка осуществляют путем пропускания первичного пучка через маску, выполненную в виде клина, толщину которбго определяют из следующего соотношеу - расстояние вдоль поверхности образца от начала шлифа; х 1- заданная анализируемая глубина; а- угол косого шлифа; 5+,и 1 Е 1-п 1 а=Ь(1 - п)(С+К " где Ь, Ь 1, и, п 1 - парамет утем параметризации э ли расчетных данных,С =1/сов О, ры, определяемые кспериментальных гДе Ео - энергия бомб Е 1 - регистрируем едомых ионов;дирующих ионов;я энергия рассеива фФ аоа иуб иа Составитель В. ПростаковаТехред М.Моргентал Корректо ол Подписноем и открытиям при ГКНТ СССРаб 4/5 Тиражственного комитета по изобрете 113035, Москва, Ж, Раушск зводственно издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 1 Редактор М. КелемЗаказ 4157ВНИИПИ Госуд П) где,и = д О щего иона О- угоотношение массы анализирмассе атома примеси;рассеяния,