Способ анализа материалов

 

Изобретение относится к методам анализа вещества с использованием ускорителей заряженных частиц и может быть использовано для определения дефектнопримесного состава материалов в электротехнической и электронной промышленности. Цель изобретения - повышение чувствительности анализа при возможности его осуществления на глубинах, превышающих величину пробега ионов. Перед облучением на исследуемом образце выполняют косой микрошлиф от его поверхности 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. 1 з. п. ф-лы, 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТ СКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РГСПУБЛИК (я)л G 01 N 23/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4621361/25 (22) 19.12.88 (46) 30,11.91. Бюл, N 44 (71) Харьковский государственный университет им. А. M. Горького (72) О, M. Гетманец, Н. М. Пелихатый, С. А. Стешенко и С. П. Титова (53) 539.171(088.8) (56)Ключников А. А, и др, Методы анализа на пучках заряженных частиц, Киев: Наукова

Думка, 1987, с. 150.

Гетманец О. М. и др. Применение аналитических методов при исследовании спектров обратного рассеяния. — В сб,: Проблемы ядерной физики и космических лучей.

Харьков, изд-во при ХГУ объединения Высшая школа, 1984, с. 71-80..

Заявка Франции ¹ 2292976, кп. 6 01 N 23/203, 1983.

Изобретение относится к методам анализа вещества с использованием ускорителей заряженных частиц и может быть использовано для on 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

„„SU ÄÄ 1695197 А1 (54) СПОСОБ АНАЛИЗА МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к методам анализа вещества с использованием ускорите° лей заряженных частиц и может быть использовано для определения дефектнопримесного состава материалов в электротехнической и электронной промышленности.

Цель изобретения — повышение чувствительности анализа при воэможности его осуществления на глубинах, превышающих величину пробега ионов. Перед облучением на исследуемом образце выполняют косой микрошлиф от его поверхности 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. 1 з. и, ф-лы, 2 ил, поверхности образца и регистрацию рассеянных ионов, согласно изобретению перед облучением на исследуемом образце выполняют косой микрошлиф от его поверхности 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 осуществляет97

16951,и cos 0+

1 +p

Х1 у;„: а

tga (3) — — = К1Е, ОЕ и

dx (4) О1 (1 1) 01, (5) P = arctg —.

А

3 ( ( ся 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 а гомах примеси в образце с косым шлифом

На заданной глубине от поверхности, Выходят из образца с одинаковым значением энергии, что приводит K улучшению разрешения по глубине.

На фиг. 1 изображена схема; поясняюЩая сущность предлагаемого способа; на фиг, 2 — профиль концентрации мышьяка в анализируемом образце.

Способ осуществляется следующим образом.

Пучок 1 ионов с энергией Ер 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 закрег1ляют так, чтобы его глубина от поВерхности Х ОтсчитыВалась ВдОль напраВления 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 падения пучка, Вышедшие иэ образца 3 ионы 4 под углом О регистриру1атся детектором. 5. Толщину маски изменяат Вдоль направления так, чтобы прошедшие через нее бомбардирующие ионы, рассеиваясь на атомах примеси на одной и той же глубине х1 анализируем =,га

oGpaaqa 3 no@ yrJ1oM О, имели на avxoqe из образца одну и ту же энергию Е1, Пусть энергия ионов, прошедших маску„характеризуется следующей зависимостью; Е=Е(у). Если ограничиться достаточно надежной степенной зависимостью тормозной способности пада,ощих 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 (ха+ EI -. (2) - 1

К

1 где а- b(1 — п)(С+К1 и);

О и и — параметры, характеризующие

Знергетическу10 завислмость тОрмозной

4g

50 способности анализирующих ионов в веществе маски;

А1 где p = — — отношение массы анализируM ющего иона к массе атома примеси;

С вЂ” угол рассеяния; х= х1(1-ytg а).

Отсюда следует ограничение на дллну мас-!

КИ

Толщина маски h должна зависеть от у таким образом, чтобы прошедший через нее пучок ионов с энергией Ер 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 К1 и п1 — постоянные, определяемые параметрами вещества маски.

8 этом случае зависимость толщины маски h от у можно получить в явном виде

Из формулы (5) следует, что в случае, когда вещество маски совпадает с анализируемым материалом (К1=К, п1-и) зависимрсть h(y) является линейной

Ь(у)=А+В у, . (6) где А и  — постоянные, т,е., маска в данном случае является клином с углом К опредейяемым из соотношения

Высота энергетического спектра рассеянных ионов при энергии Е1 пропорциональна концентрации примеси на глубине х1. Если имеется не одна, а несколько примесей с атомными массами п1р, вз и т. д., то каждой из них будет соответствовать свое значение "-нергии рассеянных ионов, связанное с Е1 кинематическим фактором

1б95197

П12 m3

Е2 = — Е1; Еэ = — Е1 и т,д., (8) m1 т.е. высота энергетлческого спектра при энергиях Е2. Ез и т.д, соответствует концентрации соответствующей примеси на глубине х1. Для получения профиля концентрации примесей в анализируемом материале необходимо осуществлять сканирование образца относительно г.учка и маски вдоль оси у в направлении. показанном на чертеже стрелкой. Смещенле относительно начального положения на расстояние

ЛУ соответствует переходу от поверхности образца на глубину X= AYtg а. При этом значение анализируемой глубины соСта Вляет

Х2=Х+Х1, (9)

Последовательно смешая образец на малые расстояния ЛУ, можно проанализировать содержание примесел с достаточно малым шагом по глубине вплоть до максимального значения анализируемой глубины и, таким образом, построить профиль концентрацил примесей по глубине образца, Разрешение по глубине в этом случае

Определяется энергетическим разрешением детектора л составляет величину порядKG 0,01 мкм, В к".честяе примера реализации заrlBJIsl емого сггособа айаг смотрим анализ кремни8!ioro Обра8l!a, hei pованнаго мышьяком, Размер эбр 8цв составляег 1 см, глубина леги рава -!ия дос«игает 40 мкм. На Образце выполнен косой м- крошлиф GT поверхности до глуби 1ы 40 мкм пут8М шлифоВки, полировки и по;:ледующего травления. Угол, под которым .;."ела н м икао шлиф, Оп редсляетс» из славия

L, Q =- 40 аахм!1 см =- 4 10 ,,,) т.8. 0 и р а в 8 н Гл.,= . .

Маска изготовлена из кремния методом вакуумного на lыления и представляет со. / бой клин с у -лом,о =25, определяемым co" глас !О роом}ë8 Л). Длина маски 3 MM. При э.:ом диаметр пичка бомбаодирующих ионов

Н::. с эне,Сией 2 УзБ составляет 1 мм, +

Макс.лмальная тольцина маски равна

4 мкм. Р качество начальной глубины зондироваиия выбгано.значение х,=0,05 мкм, Ему соответствует значение энергии обратна рассеянных ионов под углцм 0=150 о на ат ома мыш ь яка Е = 1,01 Уз В, Спектр

Обрати IIo р ея -lия регистрируется при помОщи кремни8вога повеохностно барьерного детект(-:;..a и аналлзатора, После набора необходимой дозы образец смещают на величину Л у=500 мкм, которой соответствует шаг по глубине Л х=Лу tg a = 2 мкм.

На фиг. 2 показан профиль концентрации мышьяка в анализируемом образце.

Уменьшая величину смещения 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.

70

Резе

" довс ра

25 1

Пред

1Хз таблицы видно, что предложенный способ позволяет повысить разрешение по глубине на глубинах, превышающих область поименимости прототлга.

Таким образом, описанный способ анализа материалов имеет ряд сущестВенных г1ре:;муществ ;.о сравнению с прототипом, заключающихся в возможности проведения (анализа) образцов с высоким разрешение -1 B широком диапазоне глубин. При этом. улучшается разрешение по массе анализируемой примеси, так как согласно формуле (8) каждой примеси на заданной

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, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности анализа при вазможности его осуществления на глубинах, превышающих величину пробега ионов, образец выголняют D 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 регистрируемую энергию. глубине соответствует св 1я энергия рассеянных ионов.

1695197

5 в б

1+ (У) ((ео

1-п1 гДе Ep — энергия бомбардирующих ионов; (Е1 — регистрируемая энергия рассеивае мых ионов;

° ° °

Ф ° °

Ф ц>?9

%их . цр16

0 IO 20 30 40 глуби а, мам

Составитель В. Простакова

ha . 2

Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Редактор М. Келемеш

Заказ 4157 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

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 соотношения; у — расстояние вдоль поверхности об разца от начала шлифа; х1- заданная анализируемая глубина; а- угол косого шлифа: р

ITl где,и = -д — отношение массы анализирую10 щего иона к массе атома примеси;

Π— угол рассеяния, a=b(1 — n)(C+K" ", где С =1/cos О, Ь, Ь1, и, п1 — параметры, определяемые

15 путем параметризации экспериментальных или расчетных данных,