Процессы при ионном распылении поверхности твердых тел и энерго-масс-спектрометрия вторичных ионов (1104334), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Вовторых, в некоторых случаях от особенностей (в частности, от формы ивеличины шероховатости) поверхности анализируемого образца. Т.е. притаком вращении мы, с одной стороны, уменьшаем общее количество21вторичных частиц, поступающих в телесный угол 6, с другой стороны,увеличиваем относительное количество ионов с высокими энергиями.Учитывая указанные обстоятельства, можно заключить, что в любойустановке ЭМСВИ, претендующей на исследования структурыэнергетических спектров вторичных ионов необходимо иметь хотя быодну степень свободы мишени (оптимально – вращение нормали кповерхности мишени по полярному углу)2.
Методика измерений. В эксперименте ВИМС-2 ЭСВИ измеряютсяпоточечно, при постоянном потенциале мишени путём сканирования массанализатором в определённом диапазоне спектра масс при фиксированныхнапряжениях на энергоанализаторе, соответствующих диапазонупроходящих через энергоанализатор ионов от нуля до сотен эВ.Систематическая ошибка, обусловленная не изменяющимся полем вблизимишени, легко учитывается при пересчете от UЭА к Е. Такой способизмерения гарантирует получение энергетического спектра без искажений,причиной которых (при неизменной настройке масс-анализатора исканировании потенциалом мишени) могла бы стать зависимостьтрансмиссии масс-анализатора от энергии ионов.3.
Использование ионного пучка низкой плотности (10-6–10-5 А·см-2).Такие плотности обеспечивают достаточно статический режим анализа ибаланса между скоростью поступления заряда от первичного пучка наповерхность компонент мишеней с неметаллической проводимостью искоростью его стекания через металлическое окружение;4.
Использование ионов N2+: для обеспечения статического режимаанализа вследствие низкого коэффициента распыления по сравнению сионами инертных газов, улучшения разрешения по глубине мишени припослойном анализе состава мишени.Глава 4. Экспериментальные закономерности энергетическихспектров вторичных ионовИсследования закономерностей ЭСВИ в настоящее время ведутся вследующих направлениях:1. Установление надежных связей между физическими характеристикамиповерхности распыляемого материала и параметрами ЭСВИ.2. Исследования зависимостей параметров ЭСВИ от: геометрииэксперимента(угловые закономерности); состава остаточнойатмосферы (состояние поверхности); параметров первичного пучка(масса, заряд, химическая активность ионов).Настоящая глава написана в форме обзора результатов поперечисленным направлениям, в который включены и результаты,полученные автором (некоторые из них представлены ниже).22Связь параметров ЭСВИ с энергией Ферми (на примере кремния)Идея эксперимента состояла в том, чтобы отслеживать измененияпараметров ЭСВИ Si+, во-первых, при распылении кремния, легированногодонорной или акцепторной примесью, во-вторых, при переходе отреальной (окисленной в условиях земной атмосферы) к идеальной(очищенной зондирующим пучком) поверхности.
Известно, чтолегирование позволяет смещать величину энергии Ферми εF в пределахзапрещенной зоны (ширина которой в данном случае ~1,1 эВ)полупроводника. При переходе от идеальной поверхности к реальнойпроисходит замена одних поверхностных состояний на другие(связывающие) с более низкой энергией, так что значение εF в случаереальной поверхности должно отличается от εF для идеальной поверхностии зависеть от типа легирующей примеси. Таким образом, различияпараметров ЭСВИ с идеальных поверхностей легированных пластинкремния должны быть отнесены на счет различий εF при прочих равныхусловиях.
То же справедливо и для реальной поверхности в сравнении сидеальной.Эксперимент был построен следующим образом. Измерялись встатическом режиме, в идентичных условиях спектры масс и ЭСВИ Si+сначала при распылении естественного окисла на поверхности пластинкремния и затем, после полной очистки пластин зондирующим пучком,делались те же измерения. Для указанных измерений было использованоболее чем по 10 полированных пластин кремния, применяемых втехнологии сверхбольших интегральных схем, легированных бором(акцептор) и фосфором (донор) с уровнем легирования ~0,1 % ат.Результаты измерений ЭСВИ Si+ представлены на рис.6.
Рис.6 аиллюстрирует различия в ЭСВИ Si+ с пластин, легированных фосфором(кривая Р) и бором (кривая В) после стравливания естественногоповерхностного окисла (толщина которого составляла ~60–80 Å). Рисунки6б и 6в демонстрируют различия в ЭСВИ Si+ при переходе от поверхностиокисла (кривая О) к очищенной от окисла поверхности (кривые В или Р,соответствующие легированию бором или фосфором). На рис.6 гсравниваются кривые О рисунков 6 б и 6 в , чтобы продемонстрироватьразличия ЭСВИ Si+ с поверхности естественных окислов с пластинлегированных фосфором (кривая ОР) и бором (кривая ОВ).
При переходеот окисла к чистой поверхности в случае пластин, легированных бором в2–3 раза увеличивается выход ионов Si2+, а в случае легирования фосфоромвыход Si2+ незначительно уменьшается. Такая же закономерностьнаблюдается и для ионов Si3+. Выход ионов щелочных примесей прираспылении пластин, легированных бором, всегда выше, чем длялегированных фосфором.23Рис.6. ЭСВИ Si+ при распылении при распылении пластин кремния, легированныхфосфором и бором.а – с пластин, легированных фосфором (Р) и бором (В) после стравливанияестественного поверхностного окисла;б, в – с пластин с естественным поверхностным окислом (О) и с очищенныхзондирующим пучком пластин, легированных фосфором (Р) и бором (В);г – с пластин с естественным поверхностным окислом, легированных фосфором (О, Р)и бором (О, В);Представленные на рис.6 закономерности связаны с поведениемэлектронной структуры кремния при легировании и окислении.
Так,например, сдвиг в сторону высоких энергий и снижение интенсивности вмаксимуме ЭСВИ Si+ для очищенной поверхности пластины легированнойфосфором по отношению к легированной бором (рис. 6 а) объясняется тем,24что легирование донором (Р) наряду с подъемом уровня Ферми, приводитк увеличению плотности свободных электронов, что увеличиваетвероятность нейтрализации медленных вторичных ионов в значительнобольшей мере, чем быстрых.Полученные результаты в совокупности с результатами других авторовубедительно свидетельствуют о связи параметров ЭСВИ при распыленииметаллов и полупроводников с энергией уровня Ферми (тем самым, вбольшинстве случаев и с работой выхода электрона) и деталямиэлектронной структуры поверхности, то есть о принципиальнойвозможности определять из ЭСВИ указанные характеристики.Закономерности ЭСВИ при распылении сложных диэлектриков (напримере боросиликатных стекол на кремнии)Исследовалась связь параметров ЭСВИ со свойствами аниондефицитных оксидов и систем "боросиликатные стекла (БСС) на кремнии"с применением одновременно 4-х методов: 1) ЭМСИ; 2) послойнойэлектронной Ожэ-спектроскопии (ЭОС); 3) спектроскопии резерфордовского обратного рассеяния (POP); и 4) ядер отдачи (ЯО).
Первые триметода показали наличие на границе раздела "стекло–кремний" двухсоединений кремния с существенно различающейся энергией связи. ВЭСВИ эти соединенияпроявляются так, какпоказанонарис.7,который демонстрируетЭСВИ Si+ на разныхглубинах от поверхностипри послойном анализе.Нарис.7кривая 1поверхсоответствуетностипленкиБСС,кривые 2, 3 – переходномуслою"БСС–кремний", кривая 4 –выходузондирующегопучка на поверхностькремния,модифицированную кислородом иводородом (в соответствии с данными РОР).данныхРис.7. ЭСВИ Si+ зарегистрированные при послойном Совокупностьанализе БСС на кремнии на глубинах от поверхности показывает, что макси(нм): 1 – 30, 2 – 75, 3 – 150 нм, 4 – 200.мум на кривой 2 в25области энергий 25–50 эВ соответствует распылению БСС, а в области100–125 эВ – соединению с более сильной, чем в БСС связью. В ЭОС этопроявляется в виде наличия в спектре оже-электронов бора и кремниядвух пиков: для кремния – с энергиями 88 и 100 эВ, для бора – с энергиями157 и 172 эВ при прохождении переходного слоя "БСС–кремний".
Оконкретной химической формуле соединения можно судить по даннымметода РОР, который показал на разных глубинах переходного слояразличную стехиометрию: Si0,27O0,56H0,18B0,0017 – ближе к пленке БСС,Si0,44O0,31H0,25B0,0012 – ближе к подложке (кремнию). Таким образом,энергетические спектры вторичных ионов несут информацию остехиометрии химического состава неоднородных слабопроводящихдиэлектриков, которая хорошо коррелирует с данными других методов.BBЗакономерности ЭСВИ при распылении сложных гетерогенных систем.Способ послойного анализа гетерогенных систем с использованием ЭСВИПод гетерогенными системами понимаются твердотельные материалы,состоящие из различных по физическим и химическим свойствам частей(фаз), которые отделены друг от друга резкими поверхностями раздела.Каждая из фаз, составляющих гетерогенную систему гомогенна идостаточно велика, чтобы к ней были применимы термодинамическиепонятия.
Это могут быть многофазные материалы; металлическиематериалы, содержащие микровключения в виде соединений;тонкоплёночные "сэндвичи". В работе комплексом методов исследован рядуказанныхсистем:металлическиетонкопленочныесистемы,перемешанные ионной имплантацией; тонкопленочные гетерогенныесистемы, широко используемые в микроэлектронике (ZnО/Zn,InxAsyOz/InAs, NbО/Nb, InP/GaAs, Au/V/GaAs); ультрадисперсныепорошки, полученные в плазме конденсаторного разряда и др.Эти исследования привели к созданию метода фазового и химическогоанализа таких систем с использование ЭСВИ, защищенного авторскимисвидетельствами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
