Способ определения длины диффузии позитронов в веществе

(511 4 О 01 И САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВИДЕТЕПЬСТВ АВТОРСК способам определения длины диффузиипозитронов в веществе, и может бытьиспользовано в научных исследованияхв промышленности, особенно в микроэлектронике при контроле технологии производства микросхем.Целью изобретенияявляется расширение диапазона исследуемых веществ и повышение точностиизмерений. Для осуществления способаизмеряют угловые распределения аннигиляционных фотонов (УРАФ) в толстомобразце исследуемого вещества, подложке и подложке с тонкой пленкой изисследуемого вещества. На основе указанных измерений получают УРАФ пленки, определяют долю 1 узкого пикав УРАФ пленки, а длину диффузии позитронов с учетом толщины й пленкиподсчитывают по соотношению Ь =- (421,6 )/(1+1 э). 1 ил. физики АНики АН СССРА. Новиков 1 аавй ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(46) 15.10.88, Бюл. Ф 38 (71) Инстйтут химической СССР и Институт общей физ (72) В.И. Гольданский, Ю.и В.П. Шантарович(56) Мд 11 я А.Р., РГе 1 ег Ь., МеаяцгешепС оГ Нц МоМ 1 Су оГ РояС- гоп п Оегшаппйп - Раув. Веч.ЕеСС.1976, ч. 36, р. 1389.Рац 1 п В В 1 роп В ВгапйС Ж. Роя 1 Сгоп РНГцяоп 1 п МеСа 1 я.-РЬуя. Веч.,ЕеСС, 1973, ч, 31, р. 1214. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ ДИФФУЗИИ ПОЗИТРОНОВ В ВЕЩЕСТВЕ (57) Изобретение относится к физическим методам исследования структуры и свойств вещества, в частности к 1430840 А 1)Ф -"1 -ФИзобретение относится к физическимметодам исследования структуры исвойств вещества, в частности к способам определения длины диффузии по 5зитронов в веществе, и может бытьиспользовано в научных исследованиях и промьппленности, особенно вмикроэлектронике при контроле технологии производства микросхем. ОЦель изобретения - расширение диапазона исследуемых веществ и повышение гочности измерений,На чертеже изображены кривые углового распределения аннигиляционных фо тонов (УРАФ):1 - для образца из ис- .следуемого вещества (меди) толщиной, превьппающей длину пробега поэитрона; 2 - для медной пленки толщинбй б мкм; 3 - для медной пленки 20толщиной 2 мкм; 4 - для узкой компоненты УРАФ; 5-для подложки (монокристаллического кремния с ориентациейповерхности (100)/,Изобретение основано на том, 25что в угловом распределении аннигиляционных фотонов (УРАФ) тонкихпленок наблюдается узкая компонента с шириной порядка углового разрешения установки. Ее существование объясняется следующим.УРАФ для образца с пленкой на подложке имеет вид),+"з + = 1 (2) , где МЬ и- вероятности аннигиляции позитронов в подложке, пленке и вероятность выхода позитронов на поверхность соответственно.Преобразуем выражение (1) к виду,(6) = с (В) ф (8), (3) гдеГ (9) = г+ / , (4)Выражение (3) является выражением для двух слоев, но отличается тем,50что и1(в)ав = + у/155Однако в случае малой величины / мы можем применить метод последовательных приближений и в качестве первого приближения использовать(8) а ( ) ( ) +(9) (7)И (т.е., если в эксперименте измерены УРАФ подложки и образца с пленкой, то, зная, можно определить УРАФ для пленки.Вычтем Г (9) из Г (6) и проинтегрируем по углам. Тогда получимО)- Е,(В) а):)/ (8)Таким образом, вычислив из эксперимента 1, мы получим величинуРешая одномерное уравнение диффузии для позитронов, получим для тонких пленокгде Ь - длина диффузии позитронов,- массовый коэффициент ослабления позитронов,- плотность вещества.Используя простую экспоненциальную модель замедления позитронов для не очень тонких пленок, получим= (а, - ) =)а (1 О)Ь где а - толщина пленки.Выражения (9) и (10) справедливы при а, ь,(1 )Из (8), (9) и (10) получимЬ Ь .4 а 13 (12)5 -Г 2 а -1, 1+ 1Таким образом, из (2) зная толщину йленки а, можно вычислить длинудиффузии позитронов .Ь,Способ можно применять толькотогда, когда толщина пленки лежит вопределенных пределах.Максимальная толщина пленки определяется иэ условия видимости узкого пика (от Г (0 в районе 6д 0 мрад на фоне эффекта от пленки.Это приводит к выражениюГ (0 = О) - Г(0= О)фсс Г 2 Га( В = 0) - Г(1= О),(15) а,равая часть.( ричем знамена 5) заВисит от угла ель может обращать определения толщин(8), ,(0) и х точках, Их лучше ся в ноль, Но длядостаточно знать(6) водной, двувсего брать в райоражения1 (8)в этих точках мин де Ь = 0,1 мкм не достигаться, то толщины пленки дол макс 5,(8)-2 (рддр 7 вклада от Диффузии тронов к ее поверхно май Р Минимальнаяничивается усл дложке позиолшина подло ием "невидк и ограи с ваку т,ти 9 = О)Г (д = О) фузии позитроновравна где Ь, = 1 мкм, так как для полупр водников длина диффузии 1 мкм.На самом деле, реально необходимо брать толщину подложки из расчета прочности образца, что конечно удов-. летворяет условию (17)П р и м е р 1, Пучком позитронов из иск точника (радиоактивный препарат Иа, входящий в соединение ИаС 1, на стеклянной подложке, активностью 1 О мКюри) облучают образцы, которые помещают в установку для измерения УРАФ. Установка имеет параллельнощелевую геометрпо.На подложку из монокремния КЭФ,5 с ориентацией поверхности (100) наносят пленку ЯО толщиной 0,5 мкм для предотвращения нарушения монокристалличности при нанесении пленок металлов. Приводят измерение УРАФ для такой подложки. На подложку с помощью электронного распыпения в вакууме наносят пленку меди толщиной 2 мкм. Проводят измерение УРАФ. ( (9 для образца с пленкой на подложке. По формуле (7) с. использованием (10) определяют Г(6) (кривая 3).В установку помещают образец из поликристаллической меди толщиной 1 мм и измеряют УРАФ .(6) (кривая 1)Вычитают Г (6) из Г (8). Эта разность показана на чертеже (кри вая 4). Численным интегрированием определяют ее интеграл. С помощью выражения (12) определяют длину дифеди, котора о -2 образцы, помещенные в установку Дляизмерения УРАФ. Готовят подложку попримеру 1, для которой измеряют УРАФ,На подложку аналогично примеру 1наносят пленку меди толщиной 6 мкм(максимальная толщина пленки меди на35 такой подложке, определяемая из выражения (14)составляет 5 мкм) ипроводят измерение УРАФ для образца .с пленкой на подложке,По формуле (7) с использованием40 (10) определяют Г (6) (кривая 2),которая в пределах ошибки не отличается от УРАФ для образца меди толщиной 1 мм (кривая 1),Предлагаемый способ обладает ря 45 дом преимуществ перед известными: сего помощью можно измерять длину 50 ию Для металлов Ь = 0,1-0,3 мкм, пому Специальные эксперименты показал что минимальная толщина пленки, которую можно исследовать угловым методом, определяется выражением не максимума выл(й) . Так как имум числителя можетдля минимальной жно быть- (0,13 + 0,03) мкм.П р и м е р 2. Пучком позитронов аналогично примеру 1 облучают диффузии позитронов в различных веществах, в том числе в моно- и поликристаллических, аморфных, с любой ориентацией поверхности и любой де фектностью, т.е. в реальных металла Кроме того, точность метода определяется точностью измерения УРАФц (9)., Г(О) и (0), которая значительно выше точности определения параметров дефектов в слоях. Это приводит к тому, что впервые становится возможным учитывать диффузГ,(8 = О)Г (8 = 0)5 14308 позитронов при исследовании субмикронных пленок на подложках, которые применяются в микроэлектроникеФормула изобретения 5 Способ определения длины диффузии позитронов в веществе, включающий облучение исследуемого объекта потоком позитронов, регистрацию аннигиляцион ного излучения, анализ характеристик излучения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых веществ и повыше ния точности измерений, регистрируют угловое распределение аннигиляционных фотонов (УРАФ) в образце исследуемого вещества толщийой, превышающей длину пробега позитронов, наносят исследуемое вещество в виде пленки тол1с 1 -074 лин(В: 0) 40 6щиной с 1. на подложку толщиной д,предварительно измерив УРАФ в подложке, дополнительно регистрируют УРАФдля образца с пленкой на подпожке прноблучении образца позитронами со стороны пленки, определяют УРАФ в пленке с учетом известных УРАФ в образцеисследуемого вещества и в подложке,измеряют долю 1 узкого пика в УРАФпленки при углах разлета фотонов180 + 0,1, а длину Ь диффузии позитронов определяют по соотношению2 макс(б,(0) + 5,(8" 3мин р макс 11 (6 - ,Лоду 58 П Г 69 п 1 смоке= ф(я - 0)( 0)мкмгде ш - массовый коэффициент.ослабле 1 (Я) - УРАФ образца исследуемого вения позитронов в исследуе" щества;мом веществе; 1 (О) - приборная функция, - плотность вещества пленки (у- . ошибка измерения УРАФ под - угол отклонения регистрируео,Эмых фотонов от 180 Б(6) - ошибка измерения УРАФ для об- Г,(8) - УРАФ подложки,разца с пленкой.1430840 е фее оставитель Н. ВалТехред М,Дидык Корректор С. Шекм едактор Н. Киштулинец Тираж 847 ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д.