Вторично-ионная масса спектрометрия
лением, то можно рассмотреть и случай уширения
границы раздела, и его связь с разрешением по глубине. Это разрешение
можно вычислить по профилю ступенчатого изменения концентрации (ширина
ступени >> (R), когда форма истинного края ступени похожа на кривую
интегрального нормального распределения со среднеквадратичным
отклонением (t. Если концентрация изменяется резко ((t~0), то
разрешению по глубине (R соответствует величина (m, половина расстояния
между глубинами, отвечающими 84 и 16% измеренной на опыте высоты
ступени. В случае граничной области со значительной собственной шириной
(т. е. со значительным (t) разрешение по глубина дается формулой (R
=((2m -(2t)1/2, причем нужно учитывать ошибки в величинах (m и (t.
Случай профиля слоя с существенным (T можно рассчитать аналогично.
Все сказанное в данном разделе касается самых основных
физических или приборных эффектов, связанных с травлением поверхности
ионным пучком и проблемой распыления ионами без искажения
профиля концентрации. Поэтому многое из сказанного относится к
любому из методов анализа поверхности с использованием ионного
травления.
Измерение профилей методом ВИМС сводится к регистрации
сигнала вторичных ионов интересующего нас элемента как функции
времени распыления. В случае однородной матрицы это время,
выполнив соответствующие градуировочные измерения (распыление пленки
известной толщины, измерения глубины кратера, коэффициентов
распыления и т.д.), можно пересчитать в глубину залегания элемента.
Изменение интенсивности вторичных ионов не всегда отражает
относительное изменение концентрации элемента; поэтому нужна
осторожность при интерпретации глубинных профилей, особенно вблизи
самой поверхности, т. е. когда глубина меньше RP+2(RP, а также пленок,
состоящих из различающихся по составу слоев, или матриц с неоднородным
распределением следов элементов, которые способны даже при малой
концентрации сильно повлиять на вторично-эмиссионные свойства образца.
В последнем случае для получения результатов, отражающих
реальную ситуацию, следует обработать измеренные профили так, как
это делается при количественной интерпретации интенсивности
вторичных ионов. Если это невозможно, нужно попытаться по крайней
мере проградуировать интенсивность вторичных ионов изучаемого элемента
по одному или нескольким элементам, равномерно распределенным в пленке. В
общем абсолютная интенсивность вторичных ионов дает прямую информацию о
распределении элемента по глубине лишь при малых концентрациях примеси в
аморфной или монокристаллической матрице с равномерно распределенными
основными компонентами и лишь при глубинах под поверхностью, превышающих 50
А.
Пригодность метода ВИМС для определения глубинного профиля наряду с
его высокой чувствительностью к большинству элементов делает его весьма
привлекательным как метод изучения тонких пленок, ионной имплантации и
диффузии. Факторы, существенные при проведении глубинного анализа методом
ВИМС, могут быть разделены на две группы: приборные и обусловленные
особенностями сочетания ион - матрица.
Приборные факторы, влияющие на разрешение по глубине при измерении
профилей концентрации
Получить при методе ВИМС надежные сведения о глубинном профиле
можно лишь в том случае, если поддерживается постоянная интенсивность
тока первичных ионов и обеспечивается однородность плотности тока пучка в
той части поверхности, из которой в масс-анализатор отбираются вторичные
частицы. В стационарном сфокусированном ионном пучке
плотность тока, падающего на образец, не постоянна по
сечению пучка, а следовательно, и распыление поверхности в
этих условиях не может быть равномерным. Если зона, из
которой поступает информация, охватывает все сечение
первичного пучка, то вклад в сигнал ионов с краев кратера
будет искажать профиль концентрации элемента в приповерхностном
слое (фиг. 13).
Ошибки такого рода устраняются в ВИМС разными
способами в зависимости от конструкции прибора. В
устройствах, в которых не предусмотрена возможность
определять распределение элемента по поверхности, обычно
расфокусируют пучок так, чтобы его сечение было больше анализируемой
области или вырезают при помощи диафрагмы из расфокусированного пучка
определенный участок с однородной плотностью тока.
Иногда на поверхности мишени помещают тонкую маску из
материала, не дающего вторичных ионов, близких к анализируемым, которая
ограничивает вторичную ионную эмиссию из областей неоднородной плотности
первичного пучка.
[pic]
Фиг.13. Переменный профиль концентрации в приповерхностном слое с
указанием различных приборных факторов, которые
приводят к искажению профиля по
сравнению с истинным распределением[1].
Наиболее удовлетворительный способ решения проблемы - электрически
развертывать сфокусированный ионный пучок в растр по достаточно большой
площади поверхности мишени так, чтобы обеспечить в ее нейтральной части
однородную плотность тока. При этом нужно уделить особое внимание системе
развертки пучка: напряжение строчной и кадровой развертки должно изменяться
линейно со временем, обратный ход пучка должен бланкироваться или
хаотизироваться, а скорость развертки должна быть согласована с размерами
пучка, чтобы соседние строки растра перекрывались.
Чтобы полностью использовать достоинства этого метода, необходимо
ограничить зону отбора вторичных ионов областью однородной плотности
пучка. Осуществить это сравнительно просто в установках ВИМС, которые
позволяют получать сведения о распределении вещества по поверхности. В
сканирующей микрозондовой установке, где первичный ионный пучок малого
диаметра разворачивается в растр по поверхности, можно работать в режиме,
в котором система детектирования регистрирует вторичные ионы лишь при
прохождении лучом выделенного “окна”.
Даже тогда, когда зона, из которой собирается информация, ограничена
областью однородной плотности тока, имеется еще ряд приборных
эффектов, приводящих к искажению формы профилей концентрации. К
примеру, эффект обратного осаждения на мишень ранее распыленного
вещества: материал, распыленный с краев кратера, оседает на его дне (в том
числе на поверхности анализируемой зоны) и затем вновь распыляется (фиг.
13). Такой эффект обычно существенен лишь при измерении “хвостов”
профилей с малой концентрацией и сильно ослабляется, если увеличить
крутизну стенок кратера. К аналогичным искажениям профилей концентрации
приводят адсорбция остаточных газов, или эффекты памяти установки.
Добавим, что любой фактор, влияющий на анализ следов элементов методом
ВИМС (наложение пиков молекулярных ионов, химическая чистота первичного
ионного пучка, влияние несфокусированного компонента и периферийных
частей пучка), также может исказить профиль в области малых концентраций.
Влияние ионно-матричных эффектов на разрешение по глубине при измерении
профилей концентрации
Ряд эффектов, вызывающих ошибки при измерении профилей концентрации,
связан с характеристиками каскада столкновений, создаваемого в твердом теле
первичным ионом. Два таких эффекта - влияние средней глубины выхода
вторичных ионов и перемешивание атомов в поверхностном слое. В большинстве
случаев распределение анализируемых частиц простирается на глубину свыше
100 А. В этих условиях атомные перемещения в приповерхностном слое,
внедрение атомов отдачи и иные связанные с матрицей эффекты вносят в
искажение профилей концентрации значительно больший вклад, чем глубина
выхода вторичных частиц.
Основными параметрами, определяющими относительные пробеги
частиц в данной пленке, являются энергия первичных ионов, атомный
номер Z и масса А бомбардирующих частиц и атомов мишени. Таким
образом, измеряемый профиль концентрации должен зависеть от Z и А
первичных ионов так же, как от их энергии. Еще один параметр, влияющий
на его форму, - угол падения, т. е. угол между первичным ионным пучком
и поверхностью мишени (обычно этот угол отсчитывают от нормали к
поверхности). Увеличение угла падения приводит к уменьшению средней
глубины проникновения частиц относительно поверхности образца и,
следовательно, эквивалентно уменьшению энергии первичных ионов.
Кроме того, уширение или уменьшение крутизны, профиля
концентрации может происходить из-за диффузии элементов, вызываемой
или усиливаемой радиационными повреждениями в твердом теле,
локальным повышением температуры в облучаемой области и сильным
электрическим полем, возникающим в результате зарядки поверхности
первичным пучком. В общем случае роль всех этик факторов предсказать
трудно. Что же касается напряженности поля, то в пленке толщиной
1000 А при зарядке поверхности до
| |  скачать работу |
Вторично-ионная масса спектрометрия |
