Способ определения длины диффузии позитронов в веществе

 

Изобретение относится к физическим методам исследования структуры и свойств вещества, в частности к способам определения длины диффузии позитронов в веществе, и может быть использовано в научных исследованиях в промышленности, особенно в микроэлектронике при контроле технологии производства микросхем.Целью изобретения является расширение диапазона исследуемых веществ и повьш1ение точности измерений. Для осуществления способа измеряют угловые распределения аннигиляционных фотонов (УРАФ) в толстом образце исследуемого вещества, подложке и подложке с тонкой пленкой из исследуемого вещества. На основе указанных измерений получают УРАФ пленки , определяют долю 1 узкого пика в УРАФ пленки, а длину диффузии позитронов с учетом толщины dj пленки подсчитывают по соотношению L (-J2I,d)/(l+l5). 1 ил. ш (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 G 01 И 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 4215611/31-25 (22) 25.03.87 (46) 15.10.88, Бюл. Ф 38 (71) Инстйтут химической физики АН

СССР и Институт общей физики АН СССР (72) В.И. Гольданский, Ю.А. Новиков и В.П. Шантарович (53) 539.189.2(088.8) (56) Mills А.P., Pfeiffer

Measurement of Hu МоМ1i1у of Positron in Germanium - Phys. Rev.Zett.

1976, v. 36, р . 1389.

Paulin R., Ripon R., Brandt W.

Positron МГfusion in Metals.-Phys.

Rev., Zeta, 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

„, SUÄ„1430840 А1 способам определения длины диффузии позитронов в веществе, и может быть использовано в научных исследованиях в промышленности, особенно в микроэлектронике при контроле технологии производства микросхем.Целью изобретения является расширение диапазона исследуемых веществ и повышение точности измерений. Для осуществления способа измеряют угловые распределения аннигиляционных фотонов (УРАФ) в толстом образце исследуемого вещества, подложке и подложке с тонкой пленкой из исследуемого вещества. На основе указанных измерений получают УРАФ пленки, определяют долю I> узкого пика в УРАФ пленки, а длину диффузии позитронов с учетом толщины d пленки подсчитывают по соотношению L = — (421,6 )/(1+аз). 1 ил.

)430840 (9) )2 причем ((),.)- P - 1 — Ф 1

Изобретение относится к физическим методам исследования структуры и свойств вещества, в частности к способам определения длины диффузии по5 зитронов в веществе, и может быть использовано в научных исследованиях и промьппленности, особенно в микроэлектронике при контроле технологии производства микросхем. I0

Цель изобретения — расширение диапазона исследуемых веществ и повышение 1очности измерений.

На чертеже изображены кривые угло-. вого распределения аннигиляционных фо-!5 тонов (УРАФ):1 — для образца из ис- . следуемого вещества (меди) толщиной, превьппающей длину пробега поэитрона; 2 — для медной пленки толщиной 6 мкм; 3 — для медной пленки 20 толщиной 2 мкм; 4 — для узкой компоненты УРАФ; 5-для подложки (монокристаллического кремния с ориентацией поверхности (100)).

Изобретение основано на том, 25 что в угловом распределении аннигиляционных фотонов (УРАФ) тонких пленок наблюдается узкая компонента с шириной порядка углового разрешения установки. Ее существование объясняется следующим.

УРАФ для образца с пленкой на подложке имеет вид

f„(9) = а,(9) + Р (9) + Р (9), (1) 35

y+P + = 1 (2), где М, Ь и — вероятности аннигиляц позитронов в подло е пленке и 40 вероятность выхода позитронов на поверхность соответственно.

Преобразуем выражение (1) к виду

Г „(9) — с Г((в) + 1123(9) (3) где

f „(9) = г,(6) + /Р,(д). (4)

Выражение (3) является выражением пля двух слоев, но отличается тем, 50 что и

) „(в>ав = i+(/рa i

Однако в случае малой величины

1 /P мы можем применить метод последовательных приближений и в качестве первого приближения использовать „(9)ы,(9) + f„(e), (S)

g+P = 1, (6)

Систему уравнений (S) и (6) можно решить. (9) — "" — " (9) ()

23 т.е., если в эксперименте измерены

УРАФ подложки и образца с пленкой, то, зная )й можно определить УРАФ для пленки.

Вычтем f,(9) из Г (9) и проинтегрируем по углам. Тогда получим

f („(в) е,(В)) ав =у(р (8(Таким образом, вычислив из эксперимента I, мы получим величину

Решая одномерное уравнение диффузии для позитронов, получим для тонких пленок! где 1 — длина диффузии позитронов, — массовый коэффициент ослабления позитронов, — плотность вещества.

Используя простую экспоненциальную модель замедления позитронов для не очень тонких пленок, получим = (а, — ) р =р а,, (!0)

L где d — толщина пленки.

Выражения (9 ) и (! 0 ) сп рав едливы при

„»а,> L, ()))

Из (8), (9) и (10) получим )- Т з

-)2 d,-L 1+

Таким образом, из (!2)„ зная толщину йленки d, можно вычислить длину диффузии позитронов L.

Способ можно применять только тогда, когда толщина пленки лежит в определенных пределах.

Максимальная толщина пленки onpeIl деляется иэ условия видимости узкого пика (от f (0 ) ) в районе 6

1 0 мрад на фоне эффекта от пленки.

Это приводит к выражению (e = О) — f<(9= О)

2 f (8= О) — f (9= 0)

)(13) где Ь вЂ” длина диффузии.

1430840 где L = О,1 мкм. вклада тронов

- ia =

Для металлов L = 0,1-0,3 мкм, поэтому

Тт Хз(0= О) — <(8 = О)

-12" < (8 = 0 - f, О = О (14) Специальные эксперименты показали, что минимальная толщина пленки, которую можно исследовать угловым методом, определяется выражением

2 макс ((5;(8)

Йми шр

Минимальная толшина подложки огра-. ничивается условием "невидимости" д

Ь (6 = О) " имя .Г2 f1(8 = О) где L = 1 мкм, так как для полупроводников длина диффузии 1 мкм.

На самом деле, реально необходимо брать толщину подложки из расчета прочности образца, что конечно удов-. летворяет условию (17)

Пример 1, Пучком позитронов из иси. точника (радиоактивный препарат Na, входящий в соединение ИаС1, на стек лянной подложке, активностью

1О мКюри) облучают образцы, которые помещают в установку для измерения

УРАФ. Установка имеет параллельно- 35 щелевую геометр по.

На подложку из монокремния КЭФ-4,5 с ориентацией поверхности (100) наносят пленку SiO толщиной 0 5 мкм для предотвращения нарушения моно- 40 кристалличности при нанесении пленок металлов. Приводят измерение УРАФ для такой подложки. На подложку с помощью электронного распыпения в вакууме наносят пленку меди толщиной 45

2 мкм. Проводят измерение УРАФ. (f „ (O)) для образца с пленкой на подложке. По формуле (7) с. использованием (1О) определяют f<>(6) (кривая 3). 50

В установку помещают образец из поликристаллической меди толщиной

1 мм и измеряют УРАФ . (9) (кривая 1)

Вычитают f<(9) из f <> (8) . Эта разность показана»а чертеже (кри- 55 вая 4) . Численным интегрированием определяют ее интеграл. С помощью выражения (12) определяют длину диф2 6 ((1) + б (0) (15) а „„ - „„ lf,(0) — г,(а I

Правая часть.(15) зависит от. угла

9, причем знаменатель может обращаться в ноль. Но для определения толщины достаточно знать f (9), f,(0) и

f (6 ) водной, двух точках. Их лучше всего брать в районе максимума вы ражения f (8) — f <(6)l . Так как в этих точках минимум числителя может не достигаться, то для минимальной толщины пленки должно быть

- 2 (O)3О2) т (16)

13 от grèôôóçèè. в подложке позик ее поверхности с вакуумом,т. е. фузии позитронов в меди, которая равна (0,13 + 0,03) мкм.

Пример 2. Пучком позитронов аналогично примеру 1 облучают образцы, помещенные в установку пля измерения УРАФ. Готовят подложку по примеру 1, для которой измеряют УРАФ, На подложку аналогично примеру 1 наносят пленку меди толщиной 6 мкм (максимальная толщина пленки меди на такой подложке, определяемая из выражения (14)>составляет 5 мкм) и проводят измерение УРАФ для образца . с пленкой на подложке.

По формуле (7) с использованием (10) определяют f (6) (кривая 2), которая в пределах ошибки не отличается от УРАФ для образца меди толщиной 1 мм (кривая 1).

Предлагаемый способ обладает рядом преимуществ перед известными: с

его помощью можно измерять длину 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 металлах, Кроме того, точность метода определяется точностью измерения УРАФ

1 ц (9). fÄ(О) и (0), которая значительно выше точности определения параметров дефектов в слоях. Это приводит к тому, что впервые становится возможным учитывать диффузию

X,(e = 0)

r,(8 = 0) ™

5 14308 позитронов при исследовании субмикронных пленок на подложках, которые применяются в микроэлектронике °

Формула изобретения 5

Способ определения длины диффузии позитронов в веществе включающий облучение исследуемого объекта потоком позитронов, регистрацию аннигиляцион- 10 ного излучения, анализ характеристик излучения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых веществ и повышения точности измерений, регистрируют угловое распределение аннигиляцион- . ных фотонов (УРАФ) в образце исследуемого вещества толщийой, превышающей длину пробега позитронов, наносят исследуемое вещество в виде пленки тол- 0

f33(e = 0)

180 + 0 1, а длину ? диффузии позитронов определяют по соотношению

12 l d

1+7

5 причем толщину подложки 6< выбирают не менее d«, а толщину пленки Й вЂ” в пределах от 6,2,„„до d k< согласно выражениям

2 макс ((6,(8) + 0, (8) )" 3 мин р макс (1f (8 — f 8 Д

= ).- ()

0,07 ), мкм

I где ш - массовый коэффициент-ослабле- 0 f (8) - УРАФ образца исследуемого вения позитронов в исследуе" щества; мом веществе; Е (8) - приборная функция„.

- плотность вещества пленки, O,(g) — . ошибка измерения УРАФ под-

0 — угол отклонения регистрируео.

9 мых фотонов от 180 G (О) — ошибка измерения УРАФ для об,(8) — УРАФ подложки, разца с пленкой.

1430840 е ® е

Составитель Н. Валуев

Техред M,Äèäûê

Корректор С. Шекмар

Pедактор Н. Киштулинец

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Заказ 5336/45

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4