Способ определения атомного состава активных нанопримесей в жидкостях


 


Владельцы патента RU 2534246:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области нано-, микроэлектроники и аналитического приборостроения и может быть использовано в разработке технологии и в производстве изделий микро- и наноэлектроники, а также в производстве чистых материалов и для диагностики и контроля жидких технологических сред. Способ определения атомного состава активных примесей в жидких средах заключается в подготовке анализируемого объекта и размещении его в вакууме. Затем осуществляют облучение поверхности пучком заряженных частиц и регистрацию вторичных частиц, по которым определяют состав атомов поверхности. При этом подготовку анализируемого объекта осуществляют подготовкой поверхности полупроводниковой пластины химическим травлением, обработкой в перекисно-аммиачном растворе и отмывкой в деионизованной воде. На подготовленную поверхность чистой полупроводниковой пластины наносят каплю анализируемой жидкости размером не менее микрона на поверхность, затем ее удаляют, а для анализа облучают пучком заряженных частиц след удаленной капли. Технический результат направлен на повышение экспрессности анализа, а также на улучшение предела обнаружения, в частности, не менее чем 10-100 раз.

 

Изобретение относится к области нано- и микроэлектроники и аналитического приборостроения и может быть использовано в разработке технологии и в производстве изделий микро- и наноэлектроники, а также в производстве чистых материалов и для диагностики и контроля жидких технологических сред.

Известен способ определения атомного состава активных примесей в жидких средах, заключающийся в подготовке анализируемой жидкости и определении его состава течением жидкостных носителей или воздействием химическими реагентами [Шаповалова Е.Н., Пирогов А.В. Хроматографические методы анализа. Методическое пособие для специального курса / Отв. ред. чл.-корр. РАН, проф. О.А.Шпигун. - М.: Изд. МГУ им. М.В.Ломоносова, 2007. - 109 с. Гольберт К.А., Вигдергауз М.С. Курс газовой хроматографии, 2-изд., М., 1974. Жидкостная колоночная хроматография, под ред. 3. Дейла, К.Мацека, Я.Янака, пер. с англ., т.1-3, М., 1978].

Недостатком известных хроматографических и химических способов является соответственно избирательный подбор носителей или избирательное действие реагентов на примеси и большая трудность анализа малых количеств. Для каждого типа примеси необходимо провести отдельный анализ. Такие анализы проводятся при известном предлагаемом наборе примесей и не позволяют выполнять интегральный анализ по определению всех типов примесей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения атомного состава активных примесей в жидких средах, заключающийся в подготовке анализируемой жидкости в замороженной твердой фазе, в размещении его в вакууме, в облучении поверхности пучком заряженных частиц, в регистрации вторичных частиц и определении по вторичным частицам состава атомов поверхности [Черепин В.Т., Васильев М.А. Методы и приборы для анализа поверхности материалов. Справочник. - Киев: Наукова думка, 1982. - 600 с.].

Недостатками известного способа являются большая трудоемкость и стоимость анализа из-за необходимости замораживания анализируемого объекта и устройств для этой цели в аналитической камере спектрометра для регистрации вторичных частиц, а также большое время подготовки объекта анализа, трудности транспортировки анализируемой жидкости и подготовки объекта анализа вследствие необходимости обеспечения особо чистых условий. Другим недостатком является плохой предел обнаружения примесей из-за их распределенности в замороженном объекте по объему.

Технический результат направлен на уменьшение стоимости и повышение экспрессности анализа, а также на улучшение предела обнаружения.

Технический результат достигается тем, что в способе определения атомного состава активных примесей в жидких средах, заключающемся в подготовке анализируемого объекта, в размещении его в вакууме, в облучении поверхности пучком заряженных частиц и регистрации вторичных частиц, в определении по вторичным частицам состава атомов поверхности, при этом подготовку анализируемого объекта осуществляют подготовкой поверхности полупроводниковой пластины химическим травлением, обработкой в перекисно-аммиачном растворе, отмывкой в деионизованной воде, нанесением капли анализируемой жидкости размером не менее микрона на поверхность чистой полупроводниковой пластины и последующим ее удалением, а для анализа облучают пучком заряженных частиц след удаленной капли.

Физическая сущность предлагаемого способа определения атомного состава активных примесей в жидких средах (далее - способа) основана на адсорбции активных примесей жидких сред на поверхности чистых полупроводниковых пластин, что было установлено авторами экспериментально. Из практики известно и исследованиями ряда технологических процессов производства микроэлектроники авторами установлено, что при взаимодействии технологических пластин с жидкими технологическими средами (химобработка, обработка в растворах, отмывка) все примеси, содержащиеся на поверхности пластины, удаляются вместе с некоторым слоем поверхности (химтравление). При этом на поверхности пластин остаются радикалы кислот, растворов, воды, и в том числе и примеси, содержащиеся в жидких средах. При наличии загрязнений в кислотных растворах на поверхности пластин остаются фоновые загрязнения, концентрация которых зависит от концентрации их в травителе и от электролитической упругости растворения их с поверхности в травитель. В результате обработки в перекисно-аммиачном растворе и отмывки в деионизованной воде все радикалы удаляются с поверхности. Авторами экспериментально установлено, что ряд загрязняющих примесей, особенно адсорбционно-активные, остаются на поверхности и после обработки в перекисно-аммиачном растворе и отмывки в деионизованной воде. Хемосорбированные примеси имеют энергию связи с поверхностью единицы электронвольт (в среднем 3-6 эВ), не взаимодействуют с водой и не удаляются деионизованной водой. Это свойство примесей, вредное для технологии производства микросхем и губительное для электронной нанотехнологии, является полезной для выявления и анализа загрязняющих микропримесей на поверхности технологических пластин и для контроля качества технологических жидких сред.

Экспериментальными исследованиями методами вторично-ионной масс-спектроскопии, спектроскопии обратно рассеянных ионов низких энергий, оже-спектроскопии и электронной микроскопии показано, что при нанесении капли жидкости на поверхность чистой технологической пластины все типы активных примесей, вредных в производстве микросхем, адсорбируются на поверхности пластины. Наиболее распространенными примесями являются атомы щелочных и щелочноземельных металлов (К, Na, Са, Ва, Mg и т.д.). Как показали результаты исследований, более вредными являются атомы щелочноземельных металлов. Атомы щелочных металлов обладают большей миграционной способностью по поверхности и при различных технологических операциях (при энергетических воздействиях) вытесняются из активных участков микросхемы на границы или за пределы и оказывают меньшее вредное воздействие на работу микросхемы. Установлено также, что контактирование жидкой среды, в том числе и деионизованной воды, с металлом приводит к растворению ионов металла в жидкости с последующей хемосорбцией на поверхности технологической пластины.

Как следует из теории адсорбции и установлено экспериментально, примеси из жидкой капли адсорбируются не только те, которые находятся в слое капли на границе с поверхностью пластины, но и некоторая часть из объема капли. Концентрация примесей, адсорбирующихся на поверхности из объема, определяется термодинамическим равновесием процессов адсорбции и электролитической упругости растворения примесей с поверхности. Для примесей металлов этот процесс во многих случаях приводит к геттерированию примесей поверхностью.

При содержаниях примесей в жидкостях на уровне возможностей обнаружения спектрометрами вторично-ионной-масс-спектроскопии (1017-1016 ат/см3) адсорбированные примеси из них на поверхности чистых кремниевых пластин обнаруживались методом оже-спектроскопии (предел обнаружения 1020-1019 ат/см3). Это позволяет заключить, что концентрирование примесей на поверхности в результате адсорбции происходит не хуже, чем в 100-1000 раз и зависит от величины капли времени выдержки и физико-химических факторов поверхностных процессов взаимодействия. Так как глубина анализируемого слоя метода оже-спектроскопии составляет 5-10 Ангстрем, а метода спектроскопии обратно рассеянных ионов составляет 1 атомный слой, при этом предел обнаружения составляет сотые доли монослоя, то с учетом геттерирования могут быть обнаружены примеси полупроводниковой чистоты. Методом вторично-ионной масс-спектроскопии обнаруживаются еще более меньшие концентрации, то есть ниже предела обнаружения спектрометра в 100-1000 раз.

Порядок осуществления способа. Для реализации способа необходимы кремниевые или другие полупроводниковые пластины, для которых определены условия получения наиболее чистой поверхности (с чистотой 1013 ат/см3) или чище на порядок требований анализа. В качестве аналитического оборудования используется спектрометр для анализа элементного состава поверхности (вторично-ионный масс-спектрометр, спектрометр обратно рассеянных ионов низких энергий, оже-спектрометр, рентгено-электронный спектрометр), удовлетворяющий требованиям анализа, а также химическая лаборатория для подготовки поверхности полупроводниковой пластины для получения на его поверхности следа капли анализирующей жидкости. При анализе технологических процессов используются чистые технологические пластины или поверхности других чистых объектов. Подготовка поверхности пластин может быть осуществлена способами исследуемой технологии производства. Анализируемая жидкость в виде капли или в другом виде наносится на поверхность пластины. Размер капли должен быть не менее диаметра зондирующего пучка спектрометра (1 мкм - 1 мм). В экспериментальных исследованиях время выдержки капли составляло секунды - минуты. Затем капля удалялась встряхиванием. В условиях работы с чистыми (особо чистыми) материалами производится загрузка исследуемого объекта (пластины со следом капли) в аналитическую камеру спектрометра и производится анализ состава в известном порядке, определенном для спектрометра техническим описанием.

Пластина с подготовленным следом для анализа может использоваться длительное время без искажений результата. Предлагаемый способ эффективен также для анализа примесей в труднозамораживаемых жидкостях. Экспериментами установлено, что примесные следы на полупроводниковых пластинах оставляют практически все жидкости.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что стоимость анализа предлагаемым способом меньше на величину затрат на замораживание анализируемого объекта, состоящих из стоимости жидкого азота и рабочего времени на реализацию режима охлаждения. Кроме того, промышленные спектрометры не оснащаются устройствами охлаждения анализируемого объекта в измерительной камере. Известный способ (по прототипу) осуществляется только на экспериментальных устройствах. Для промышленной реализации необходима разработка таких устройств для оснащения промышленных спектрометров.

Очевидно, что отсутствие необходимости замораживания объекта позволяет уменьшить время анализа в сравнении с прототипом более чем в полтора-два раза. Эффект геттерирования активных примесей на поверхности пластины из анализируемой жидкости увеличивает поверхностную концентрацию на пластине в сравнении с объемным содержанием в жидкости не менее чем в 10-100 раз и, соответственно, снижает во столько же раз предел обнаружения примесей в анализируемой жидкости.

Способ определения атомного состава активных примесей в жидких средах, заключающийся в подготовке анализируемого объекта, в размещении его в вакууме, в облучении поверхности пучком заряженных частиц и регистрации вторичных частиц, в определении по вторичным частицам состава атомов поверхности, отличающийся тем, что подготовку анализируемого объекта осуществляют подготовкой поверхности полупроводниковой пластины химическим травлением, обработкой в перекисно-аммиачном растворе, отмывкой в деионизованной воде, нанесением капли анализируемой жидкости размером не менее микрона на поверхность чистой полупроводниковой пластины и последующим ее удалением, а для анализа облучают пучком заряженных частиц след удаленной капли.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к геологии и может быть использовано для определения палеотемператур катагенеза, что характеризует степень катагенетической зрелости органического вещества (OВ) пород.

Изобретение относится к антенне терагерцового частотного диапазона, в частности к перестраиваемой антенне терагерцового частотного диапазона на основе полупроводникового материала.

Изобретение относится к области автоматизации в машиностроении и предназначено для контроля положения и идентификации изделий с учетом их вида материала и термического состояния в автоматизированных высокопроизводительных производствах по сборке изделий.

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности, в частности к способу количественного определения антраценпроизводных веществ в корнях щавеля конского.

Изобретение относится к области автоматизации в машиностроении и предназначено для контроля положения и идентификации изделий с учетом их вида материала и термического состояния в автоматизированных высокопроизводительных производствах по сборке изделий, а также для решения общих задач автоматизации различных производственных процессов.

Изобретение относится к области автоматизации в машиностроении и предназначено для контроля положения и идентификации изделий с учетом их вида материала и термического состояния в автоматизированных высокопроизводительных производствах по сборке изделий.

Изобретение относится к области автоматизации в машиностроении и предназначено для контроля положения и идентификации изделий с учетом их вида материала и термического состояния в автоматизированных высокопроизводительных производствах по сборке изделий.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в контрольно-аналитических лабораториях для стандартизации и контроля качества лекарственных средств.

Газоанализатор относится к измерительному оборудованию, а именно к оптическим инфракрасным газоанализаторам, и может быть использован для непрерывного контроля довзрывоопасных концентраций паров углеводородов, продуктов нефтепереработки и т.д.

Изобретение относится к области бесконтактного исследования поверхности металлов оптическими методами, а именно к способу измерения длины распространения поверхностных плазмонов, направляемых этой поверхностью.
Изобретение относится к нанотехнологиям и предназначено для получения нитридных структур нанотолщины. Согласно первому варианту нитридную наноплёнку или нанонить получают осаждением слоя кремния на фторопластовое волокно или на фторопластовую пленку с последующей выдержкой при температуре 800-1200оC в атмосфере азота или аммиака.

Изобретение относится к способам получения аморфного мезопористого гидроксида алюминия со слоисто-волокнистой микроструктурой. Способ получения аморфного мезопористого аэрогеля гидроксида алюминия со слоисто-волокнистой ориентированной наноструктурой включает проведения реакции синтеза аэрогеля гидроксида алюминия в герметичной емкости путем обработки бинарного расплава парогазовым потоком на основе смеси инертных и (или) малоактивных газов с водяным паром при температуре расплава 280-1000°С.

Изобретение относится к способу получения магнитовосприимчивых водорастворимых гидрофобно модифицированных полиакриламидов, а также к магнитной жидкости, содержащей такой полиакриламид, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для контролируемых под действием магнитного поля процессов доставки и размещения магнитных жидкостей при гидроразрыве пласта породы (ГРП), а также в качестве средства мониторинга их нахождения при прокачке по трубам, при нахождении в скважине или в трещине.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства ультрадисперсных порошков сплавов. Способ получения ультрадисперсных порошков сплавов с размерами частиц 5-200 нм и удельной поверхностью 80-170 м2/г включает подачу порошка исходной смеси основного и дополнительного металлов со средним размером частиц 100-150 мкм потоком инертного плазмообразующего газа в реактор газоразрядной плазмы, испарение исходной смеси основного и дополнительного металлов, охлаждение продуктов термического разложения охлаждающим инертным газом и конденсацию полученного ультрадисперсного порошка сплавов в водоохлаждаемой приемной камере.

Изобретение относится к способу получения нетканого нанокомпозиционного материала, который может быть использован в сфере фильтрации и медицинских целях. Способ получения нетканого материала заключается в том, что в экструдере смешивают исходные компоненты и в реакционной зоне экструдера проводят каталитический синтез полиамида-6.

Изобретение относится к области прецизионной наноэлектроники. Способ контролируемого роста квантовых точек (КТ) из коллоидного золота в системе совмещенного АСМ/СТМ заключается в выращивании КТ при отрицательном приложенном напряжении между иглой кантилевера совмещенного АСМ/СТМ и проводящей подложкой, причем в процессе роста КТ периодически переключают полярность внешнего напряжения с отрицательной на положительную и фиксируют единичный пик на туннельной ВАХ при определенном значении приложенного напряжения из диапазона значений от 1 до 5 В.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Для получения наночастиц маггемита готовят водный раствор хлорида железа (III), добавляют к нему щелочь до рН 6,5-8, нагревают до 60-70°С, промывают до начала окрашивания промывных вод.

Изобретение относится к электронике. В способе формирования нанопроводов из коллоидного естественно-природного материала, основанном на самоорганизованном формировании линейно-упорядоченных наноразмерных токопроводящих структур со строго заданной ориентацией для соединения отдельных микро- и наноэлектронных элементов и/или формирования нанокомпонентов электронной элементной базы, формирование структур и/или элементов проводят в одном процессе в течение не более 3 минут под действием только электрического постоянного поля с напряженностью не более 5×103 В/м, конфигурация которого непосредственно задает как размеры и формы, так и ориентацию наноразмерных токопроводящих углеродных структур, которые стабильно сохраняются без нанесения каких-либо защитных слоев на подложке из любого материала, в том числе содержащей отдельные микро- и наноэлектронные элементы для их соединения и/или для формирования нанокомпонентов электронной элементной базы.

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано в автоматизированных транспортных системах передачи и позиционирования образца в вакууме и контролируемой газовой среде.

Изобретение относится к области микро- и наноэлеткроники, где используются кратковременные и комбинированные источники тока. В частности, изобретение может быть использовано в качестве накопителя энергии.

Изобретение относится к гидрометаллургии лантаноидов, а именно к получению кристаллических нанопорошков оксидов лантаноидов. Способ получения порошков индивидуальных оксидов лантаноидов включает осаждение соли лантаноидов из азотнокислых растворов твердой щавелевой кислотой при непрерывном введении полиакриламида, отделение ее, промывку, сушку, термообработку полученного осадка и последующую обработку в слабом переменном магнитном поле с частотой 20÷50 Гц и амплитудой 0,05÷0,1 Тл. Способ позволяет получать порошки оксидов лантаноидов с наноразмерными частицами, однородным гранулометрическим составом и повышенной устойчивостью к взаимодействию с влагой. 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Наверх