Исследование матричного эффекта в количественной электронной ОЖЕ-спектроскопии на примере силицидов и германидов переходных металлов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

* Г'

* 1 >. »/ 4

ГОССТАНДАРТ СССР

Всесоюзный научно—исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума

Нз прав»; ?;.хоп!;„-и УДК 537.539

ЗАГОРЕНКО Алексей Иванович

ИССЛЕДОВАНИЕ МАТРИЧНОГО ЭФФЕКТА 3 КОДИЧЕСТВПЧНСЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ОЖЕ—СПЕКТРОСКОПИИ НА ПРИМЕРЕ СИЛИЦИДОВ И ГЕРМА! РЛ ДОЗ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОЗ

Специальность 01.04.04 — физическая электроника, в том числе КЕгнтоззл.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва -1991

»

у <'} . Ч/;- )

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском центре по изучению свойств поверхности и вакуума ГОССТАНДАРТА СССР

Научный руководитель кандидат физико-математических наук,

ведущий научный сотрудник Запорожченко В.И.

Оффициальные оппоненты:

доктор физико-математических наук

Тетерин Ю.А.

кандидат физико-математических наук

\ Пархоменко Ю.Н.

Ведущее научное учреждение - институт физических проблем им.Лукина

Защита диссертации состоится „ А9 "С/С^ПЛ^Л 1991 г. в часов на заседании Специализированного совета К.041.07.01 во Всесоюзном

научно-исследовательском центре по изучению свойств поверхности и вакуума по адресу; г. Москва, Андреевская набережная, дом 2.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке ВНИЦПВ. Автореферат разослан „_"__1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат физико-математических наук

Л.Н. Невзорова.

ЗДгсше:«

леса

иСС5рТ«ций

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность.

Развитие современной науки и техники определяют повышенный интерес к свойствам товерхностных слоев, толшина которых составляет доли микрометра. Одним из 4аиболее широко используеуемых методов анализа таких слоев является электронная эже—спектроскопия (ЭОС), которую отличает возможность при высокой

13

*увствительности (х10 ат./см2) и малой глубине зондирования (10+40 А) проводить анализ участков поверхности площадью менее 0.01 мкм2. Вследтвие этих качеств ЭОС широко применяется в самых различных научных и прикладных задачах для получения информации о содержании и распределении элементов как по поверхности, так и по глубине образца. Для получения информации о локальных концентрациях элементов на поверхности необходимо решить две основные задачи. Первая из этих задач, заключающаяся в определении интенсивностей оже—линий, цзложняется тем, что распределение оже—электронов налагается на интенсивный фон неупругорассеянных и вторичных электронов. Вторая задача заключается в пересчете измеренных интенсивностей в концентрации элементов. Для решения этой задачи необходимо корректное описание процессов, происходящих при генерации, выходе из твердого тела и регистрации оже-электронов. При этом основная проблема состоит в учете матричного эффекта, т.е. явления зависимости параметров оже-эмиссии от состава матрицы. Для проведения матричной коррекции требуется знание таких физических параметров, хак длина свободного пробега электрона для неупругого рассеяния (Л), фактор обратного рассеяния (Л), сечекие ионизации внутренней оболочки (а) и др. Таким образом, проведение количественного оже—анализа является достаточно сложной физической задачей. Поэтому, несмотря на наличие большого числа работ, посвяшенных отдельным вопросам проведения измерений и расчетов, до настоящего времени в литературе отсутствовали обобщающие работы, в которых давались бы заключения о точности различных методов количественной ЭОС. В связи с вышеизложенным становится понятным актуальность и большое практическое значение исследований. направленных на развитие метрологического обеспечения количественного оже—анализа.

Целью работы являлось изучение влияния матричного эффекта на интенсивность оже-эмиссии электронов из твердого тела, проверка адекватности существуют® моделей описанм происходящих при этом физических процессов, влияющих н: точность количественного оже-анзлизз.

Новизна.

В представленной диссертации впервые:

— детально изучено влияние на матричный эффект б бинарных системах таких факторо: как условия проведения измерений, энергия выбранных для анализа линий концентрация системы, выбор уравнений для расчета параметров оже—эмиссии:

— предложена экспеоименталъная методика определения фактора обратного рассеяни для адсорбированных слоев толщиной порядка монослоя и проведена измерения п этой методике для 8 различных веществ:

— на основании измерений -состава 11 силинидое и германидов переходных металле проведено экспериментальное сравнение существующих подходов в количественно оже—анализе и выбран наиболее точный алгоритм анализа этих систем.

Практическая ценность.

Полученные в данной рзботе результаты позволяют значительно повысить точнос-количественного оже-анализа силицидов и германидов переходных металлов щ использовании предлагаемого алгоритма обработки электронных спектров и расче-концентраций элементов. Личный вклад автора заключается в разработке методик постановке и проведении экспериментальных исследований, создан! соответствующего пакета программ для интерпретации полученных данны Предложенный алгоритм измерения состава был использован в разработаннь методиках проведения анализа силицидов 2-А металлов, нитрида и оксинитри. кремния. Результаты проведенных исследований позволяют дать опенку точное описания отдельных стадий процессов, происходящих при проведении оже-анализа.

Положения, выдвигаемые на защиту.

- матричный эффект обуславливает при анализе бинарной системы среднюю югрешность 3095 в случае неучета этого эффекта;

- расхождение результатов расчета фактора обратного рассеяния по уравнению Шимицу 1] с экспериментальными данными в среднем составляет 3% при энергии первичных электронов в диапазоне от 2 до 10 кэВ;

- наилучшее согласие с экспериментальными данными наблюдается при расчете этносительных значений длин свободного пробега электронов по уравнению Ганумы-Пауэла-Пэнна [2];

- эффектом уменьшения выхода оже—электронов вследствие упругого рассеяния при анализе матриц с малыми и средними атомными номерами (2<45) можно принебречъ;

- наиболее корректное вычитание фона неупругорассеянных оже-электронов происходит при использовании метода Тоугарда [3];

- алгоритм проведения количественного анализа таких бинарных систем как силициды и германиды переходных металлов, основанный на измерении интенсивности оже—сигнала как площади под контуром оже—линии после вычитания фона по методу Тоугарда и проведении матричной коррекции при расчете А по уравнению Танумы-Пауэла—Пэнна. обеспечивает наименьшую погрешность измерения состава.

Апггробация Материалы диссертации докладывались на:

1) 6—ом Всесоюзном симпозиуме по ФЗЭ. ВЭЭЭ, ВИЭЭ (Рязань. 1986);

2) 1—ой Всесоюзной конференции "Физические методы исследования поверхности и диагностика материалов вычислительной техники" (Кишенев, 1986);

3) 1-ой Всесоюзной конференции "Физические основы микроэлектроники" (Вильнюс. 1987):

4) 20—ой Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (Киев. 1987);

5) 7—ом семинаре социалистических стран по электронной спектроскопии (Бургас. Болгария. ЮБЗ):

6) 9- ьй всесоюзной конференции "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом" (Москва, 1939);

7) 1-ой Всесоюзной конференции "Поверхность" (Черноголовка, 1989);

8) 12-ом международном конгрессе по рентгеновской оптике и микроанализу (Краков, Польша, 1989);

9) 6-ой Европейской конференции по прикладному анализу поверхности (Антибы, Франция, 1989).

10) 7-ом Всесоюзном симпозиуме по ФЭЭ, ВЭЭЭ, ВИЭЭ (Ташкент, 1990);

11) 11-ой Европейской конференции по изучению поверхности (Саламанка, Испания, 1990)

12) 6-ой международной конференции по количественному анализу поверхности (Лондон, Англия, 1990);

13) 21-ой Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (Ленинград, 1991);

14) 7-ом Всесоюзном семинаре по электронной микроскопии (Звенигород, 1991). Публикации. Основное содержание работы изложено в 22 опубликованных работа

(см. список в конце автореферата).

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируем< литературы из 190 наименований, содержит 151 стр. текста, 42 рисунка, 36 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность проведения исследования, сформулирова! цель и основные задачи диссертации, описано распределение материала по главам. Первая глава содержит литературный обзор и состоит из 3 параграфов. Первый параграф посвяшен описанию процессов, обусловливающих связь меж регистрируемым оже-током (7) и концентрацией элемента. Приведен вывод основнс уравнения количественного оже—анализа. Для случая гомогенного образца при принят ряда упрощающих рассмотрение допущений это уравнение сводится к следующему вш

^1ра~!Т(Е)9.11\(Е)СХ (1),

где /Р = ток первичного пучка; 7 = суммарная вероятность оже—эмиссии по данному каналу; Т[Е) = эффективность тракта регистрации при энергии Е\ Я = угол сбора анализатора: С = концентрация элемента, выраженная з атомных долях: .V = атомная плотность матрицы.

В параграфе 2 рассматриваются методы проведения количественного анализа. Безэталонный анализ основан на непосредственном расчете по уравнению (КЗ случае бинарной системы А—В выражение для расчета концентрации элемента А имеет •та.т

С2= 1/(1-^0) 0 _ Л, • у'-.^Ад

Та "Ъ^Ь^ЬАЬ

Этот метод весьма чувствителен к правильности определения параметров оже—эмиссии. Надежных литературных данных о его точности практически кет.

Наиболее простой метод :-соличесггенного оже—анализа основан на использовании коэффициентов элементной чувствительности. В этом случае концентрации компонентов рассчитываются по уравнению '3.:

где г, — интенсивность оже—литии /—го элемента и а! - его хегг-иииеггт чувствительности. Кгк известно. погрешность расчета по этому уравнению :;;льно различается для различных систем и часто достигает больших величин ^¿О;";"'.

эодее точные результаты достигаются при использовании стандартных образцов ,1 проведзнии матричной коррекции. В случае использования з качестве стандартов чисты:: элементов расчет состава бинарной системы прозодится по следующему уравнению:

Сл. а)-1] ...

.1/= (.'СЛЛЛьЯЙЯьЛ^) где параметры с индексом о относятся к чистым элементам.

3 параграфе 3 описаны существующие методы определения параметроз ожг-эмиес;ш Рассмотрены различные фор\ы измерения интенсивности оже-сигнала и их связь с атомной концентрацией. Проведено сравнение различных методов измерения и показано,

что корректной мерой интенсивности является площадь под контуром зарегистрированного распределения охе—электронов, вышедших из твердого тела без потерь энергии.

В параграфе 3 приведен также обзор методов расчета других параметров оже-эмиссии (Я, А, о), необходимых для расчета по уравнениям (2) и (4).

Вторая глава посвяшена рассмотрению матричного эффекта в бинарных системах и исследованию факторов, влияющих на точность вычисления мзтричных поправок. Для разных условий проведения анализа с использованием отобранных выражений для Л и А были расчитаны величины матричного эффекта во всех бинарных системах, для которых реально использование в качестве эталонов чистых элементов. Обшее число таких систем составило 1953. На рис.1 приведена гистограмма распределения величины матричного корректирующего множителя М. расчитанного при использовании для определения Л уравнения Шимицу [1] и уравнения из работы [2] для расчета А. Установлено, что наибольшее значение имеет выбор уравнений для расчета А. Характеристики соответствующих распределении представлены в табл.1. Ожидаемая с вероятностью 0.95 ошибка при неучете матричного эффекта равняется ±30%. Изменение энергии и угла падения первичных электронов не приводит к существенным изменениям величины М. Для изучения влияния концентрации системы на величину матричного эффекта были расчитаны разницы величин Л/(Са=0.95) и Л/(Са=0.05).

В табл.2 представлены характеристики полученных результатов. Как было установлено, вероятная ошибка в определенной концентрации при неучете концентрационной зависимости М не превышает ±5%. Величина матричного эффекта также- завнетгг от энергий используемых при анализе оже—линий. В табл.3 приведены характеристики распределений разностей поправок М, рассчитанных для высоко— и ' низкоэнергетических линий элементов.

150 !•

Б С

О ^

и.

ГГк

Табл. 1. Характеристики распределений значений Л/при разньтч методах расчета

| М:тод расчета 1 Л. с с ылк а м \ ■у'

' : 2' 0 0 0 : 0 3 3

1 !4: ; 0" 0. '6

, 5' 0 С; 0.

■ ■ 6' о С 1 0. ^ 1

1 ' 7 ' г " $ о. 3 0

* с - с р ? ,;нек е - - и н о ? ОГК л о

л. 2. Хзрзктерис разностей (с:=0.?5) т И К и в е л!-: и .и распре Ч И н ( •■ =■■! . 0 лС Л^ 5 ) . ; Н!! Й

.N2год расчета ; . с с ылка ; Сге. раз пость с .!

; 1 :' 0 . 55 2 0 ■

' : 51 ! 1 . / - з. 69 : !

! 2. 48 ' 93 | |

; [ 2! ! з. 1 3 7 69 | ;

Г 1 1 : 1 ' ; 1 18. 8 0 ¿6 . .19; ;

Табл. 3. .ог >:те-не раз постен Д/ д.-; г».; КИЗКОгКе СГС С

1' т о л рас '-■ С Т 2 . г с-;' Л. ссылка ■ рт .>

; пглл

\ :4] : |.;о. :. г:

! : 5; 1.3- 2 . 5

1 : 6: ; I К .. -1 1 1 51

| \ 25 Я5 1 >6 0-9

Третья глапз посвяшенз описанию экспериментов по измерению фактора обратного рассеяния и длины свободного пробега оже-электронов. Глава состоит из четырех параграфов.

В первом параграфе описана методика определения Я. основанная на измерении отношения интенсивностей оже-линий при разных энергиях первичного пучка. Для тонкой пленки это отношение дается следующим уравнением:

Д£з)/Дй)=(»(£в)/а(£,))-(Я(й)/Л(Е,)) (о).

При приближении к энергии ионизации оболочки, отношение (ЩЕ?)/ЩЕ^) стремится к абсолютному значению ЩЩ. Таким образом были измерены значения Я для адсорбированной на поверхности Бз, Ее. Си, Мо. Та, ЕЛ. силицидов СоБЬ и Си.^ пленки, содержащей атомы углерода и кислорода. Сравнение полученных для Та данных с результатами расчета по разным уравнениям приведено на рис.2.

г. з ___

2.1

1.р

1.7

1.5

2 I 6 р ю Энергая, кэВ

Рис. 2. Значение Л для адсорбированного.

С на Та. 1 — эксперимент; расчет:

Во втором параграфе дано описание эксперимента, в котором использовалась нанесеная на поддерживающую сетку углеродная пленка толщиной «50 А. При энергии первичных электронов большей 4 кэВ отношение интенсивностей оже—линии углерода, измеренных для поддерживаемой сеткой и самоподдерживаемой областей пленки, дает значение Я для материала сетки. Тахие измерения были проведены для Си и Мо. Полученные результаты для Си приведены на рис.З.

л

1,г

к в

Рис 3 Значение П для >глероднон пленки на Си: 1 - экспериментальные данные; 2 - расчет для адсорбированного С на Си; 3- расчет для объемного С

и

Параграф 3 содержит описание эксперимента по отделению Я, основанного на измерении энергетического распределения обратноотрженных электронов. Расчет выполнялся по следующему уравнению, написанному в предположении косинуидального распределения обрати оотраженных электронов гця1 нормальном угле падения первичных электронов:

п -1 т (6). где А'( Е) = зарегистрированное энергетическое распределение, скорректированное на функшю пропускания анализатора; 17 = коэффииент неупругого отражения.

Полученные по этому уравнению результаты приведены втабл.4.

Табл. 4. Сравнение определенных по уравнения (6^ значений Л с результатами расчета по уравнениям из работ [1] , [8] , [ 9] .

\Ьтрииа Энергия ионизации, эВ Уравнение для определения Л

(6) | [1] [8] | [9]

С 284 | 1.25 1 1.15 1 .22 1 ,2(

Т 284 [ 1 *41 | 1 .40 1 .49 1 .4:

| 532 | 1 .30 1.31 | 1.35 1 .з:

Ге 284 1 .78 1 .77 1 .88 | 1 .7:

Ре 532 | 1 .48 | 1 .48 | 1 .58 | 1 .5:

Си 284 \ 1 .68 | 1 .64 | 1 .79 | 1 .6!

Си 532 1 .58 1 .51 1 .62 1 .5'

Мо 284 1 .78 1 .77 1 .93 | 1 .81

Мо 532 I .58 1 .62 1 .76 1.6'

Та 284 1 .96 1.97 | 2.05 1 .9'

Та 532 | 1 .80 1 .79 | 1 .89 1 .8

284 | 1 .98 2.02 | 2.07 1 .9

В1 532 | 1 .84 1 .83 | 1 .91 1 .8

СоБ 1о 284 | 1.47 1 .48 | 1 .59 | 1 .5.

СоЭ ¿2 532 \ 1.37 1 .38 ) 1 .44 1 1 .4

Си4Э1 | 284 | 1 .77 1 .77 | 1 .88 | 1 .7

Си4 | 532 | 1 .49 1 .48 | 1 .58 | 1 .5. 1 '

Моэ12 | 254 | I .54 1 .56 [ 1 .69 | 1 .61

Мо31з | 53 2 1 .42 1 .45 | 1 .53 | 1 .4'

Анализ экспериментальных данных показывает, что при расчете фактора обратного рассеяния при энергии первичных электронов большей 2 кэВ наилучшие результаты дает уравнение Шимицу [1].

В четвертом параграфе даны результаты определения значений А для силицида кобальта Со51г и чистого кобальта. Для измерений использовалась методика, основанная на связи А с вероятностью упругого отражения электронов Р:

р=х<таАЛ)

Для- расчета использовалась модель многократного рассеяния. Моделирование процесса упругого рассеяния проводилось с помощью метода Монте-Карло с расчетом траекторий для 5000000 электронов, что обеспечивало статистическую точность 0.5%. При определении эффективного сечения упругого рассеяния для описания потенциала рассеивающего атома использовался потенциал Хартри—Фока с применением для расчета метода парциальных волн. Полученные результаты сравнены в таблице 5 с результатами расчета по различным предложенным в литературе уравнениям. Оиененая погрешность измерений составляла 15%.

Табл. 5. Сравнение определенных по разным уравнениям значений А(нм)

Уравнение для расчета А К^териал и энергия электронов

со, 775 Со, 1620 31, 775 1620 СОБ12, 775 СоБ^а, 1 620

Эксперимент 1 .3 2.3 1 .69 3 .02 1 .4 2.6

[б] 0.97 1 .67 1 .62 2 .91 1 .33 2.35

И 1.20 1 .73 1 .62 2.34 1 .32 1 .91

[5] 0.79 1 .37 1 .70 2.96 1 .19 2.15

[7] 1 .23 2.27 2.01 4.75 1 .52 3 .02

[2] 1 .37 2.38 1 .69 3 .02 1 .52 2.68

АСо , 0

Лр р* Лл • у

Значения матричного корректирующего фактора К. = —У? 2 —, рассчитанного

А Л л о Со51з Со

по экспериментальным данным, совпали с результатами, получеными при использовании

Табл. 6. Сравнение определенных по разным уравнениям значений Л",

Уравнение для расчета А

Значение К Эксперим.у (б) | (4) "> 1 (7) У (2)

1 .71 | 1 .39 2.07 | 1 .94 | 1 .25

На основании полученных результатов сделан вывод о том. что при расчете /? следует использовать уравнение Шимииу. а при расчете А — уравнение Танумы—Пауэла—Пэнна.

В уравнении (1) не учитывается влияние упругого рассеяния на выход оже—электронов. Вследствие упругого рассеяния оже—электронов регистрируемый оже—ток уменьшается в О раз. а длина свободного пробега оже—электронов уменьшается в ке раз. Для определения величины этого эффекта был проведен расчет с помощью метода Монте-Карло значения параметров О и А> для СоБЬ, Со и 51. Полученные результаты призедены в табл.7.

Табл. 7. Значения параметров О и ке.

Мгтериал У О ь ■

Со312, 775 эВ | 0.967 0.858

СоЭЛ;; , 1 620 зВ | 0.972 0.896

Со, 775 эВ | 0.91 3 0.762

Б1, 1620 эВ | 0.979 0.927

Значение матричного корректирующего множителя Л'ч, обусловленого упругим рассеяние.1.!, близко к единице (Л'п = о'^т.'^'^з = 1-067), т.е. при анализе силицидов влиянием упругого рассеяния на погрешность расчета по уравнению (4) можно принебречь.

В четвертой главе рассмотрена проблема измерения интенсивности оже-сигнала. Глава состоит из трех параграфов. В первом параграфе сравнены методы измерения интенсивности, основанные на определении амплитуд пиков в дифференциальном и в интегральном спектрах. Вследствие чувствительности этих характеристик к изменению формы оже-линии при таком методе измерения интенсивности достигнуть высокой

1-1

точности анализа в большинстве случаев не удается. С этой целью в качестве ме интенсивности охе-сигнала должна быть использована площадь под контур' оже-линии после вычитания фона.

Во втором параграфе рассмотрена процедура вычитания непрерывного фо1 состоящего из вторичных и обратнорассеянкых первичных электронов. При энерг первичных электронов от 5 до 10 кэВ обратнорассеянными электронам!; определяет фок е спектре при энергии свыше 1 кэВ. Для углерода, меди, серебра и золота бы. расчэтаны распределения обратнорассеянных электронов в дианазоне 0.1—0.9£7Р. Расч проводился по модели, совмещающей в себе модели однократного рассеяния диффузионного рассеяния из непрерывно распреленных по глубине источников. К показали результаты расчета, в диапазоне энергий 0.1т0.25.Е'р непрерывный фон д. разных элементов имеет подобный вид и хорошо описывается степенной зависимость Как было установлено, для достижения погрешности экстраполяции менее 17с п использовании степенной зависимостью соотношение длин участков экстраполяции аппроксимации должна быть не более 2. Аналогичные результаты были получены п проверке точности описания степенной зависимостью измеренных распределен вторичных электронов (п.зи энергии в спектре менее 1000 эВ). Во всем диапазо: энергий непрерывный фон можно описать следующ.л1 уравнением:

В{Е)=аЕ~т+ЬЕл+с т,п> 0 (7).

Наиболее точное вычитание непрерывного фона происходит в том случае, когда ф< преимущественно описывается одним из членов уравнения (7).

Выбору модели описания локального фона (ЛФ) неупругорассеяннь оже-электронов погвяшен третий параграф. Для вычитания ЛФ были использованы Т] метода. Первый из них основан на последовательном вычитании вкла, неупругорассеякных электронов из оже-спектра по следующему уравнению:

Ьа£ АЩ:) I\\ЕГЕ1) (б),

к— г'т 1

где Л"о(£) = спектр "чистой" линии, свернутый с аппаратной функцией спектрометр /УЕ) = экспериментальный спектр после вычитания непрерывного фона; ЩЕ) функция отклика образца, моделируемая неупругой частью спектра потерь энерп обратнорассеянных электронов (СПЭОЭ) при энергии оже-перехода; о = подгоночнь параметр, определяемый из условия конечной ширины оже-линии.

Второй метод вычетания ЛО основан на использовании выражения Тоугзрла, тученного при решении трнспортного уравнения движения электрона в твердо* 1е :3::

До(Е >=/< Е)—а I КЕо)к'\ Е(г-Е)аЕо •'е"

(9).

; /м Е) = дифференциальное сечение неупругого рассеяния электронов б твердом 1е. Третий метод основан на получении чистой линии по модифицированному внению Ван-Ситтерта:

Е)) (10),

1 п = число иттерзиий: ^ = параметр для ускорения сходимости решения: Ш£) = -псиия отклика системы "твердое тело + спектрометр", моделируемая СПЭОЭ. В оритме расчета была реализована процедура нормировки, позволяющая применять т метод при проведении количественного анализа.

1ри сравнении результатов использования уравнений (8)—(10) между собой сделан юд о преимуществе использования уравнения (9). Уравнение (8) дает близкие ультаты, тогда как при использовании уравнения (10) ЛФ частично недозычитается. ультаты применения разных методов для вычитания ЛФ для КЫ линия кремния внены на рис.4 со спектром кремния в газообразном силане 51114.

А

А

..-•У \

Энергия эЗ

КЫ линия кремния: а) после вычитания ЛФ по уравнениям: 10): б) в газообразном силане.

1575 15сэ

Эчеггия зЗ

ß

Для проверки корректности используемого метода вычитания фона было проведен сравнение измеренных и рассчитанных относительных значений вероятносте с же—переходов в LMM серии железа, кобальта, меди и KLL серии кремкш Экспериментальные значения отношения вероятностей переходов определялись ка сношения площадей соответствующих линий после вычитания фона. Как видно у приведенных б табл. S данных, наилучшее согласие теоретических и экспериментальны результатов наблюдается в tosí случае, когда вычитание фона неупругорзссеянны оже-электроноЕ производится пэ уравнениям (8) к (9).

Табл. 8. Экспериментальные i. расчетные относительные значения ьсроя:нс:т г Я переходов .

Tispe >;o j Расчет Эксперимент, уравнение для вычитания Jñ

j (3) ¡ (S)

Fe i-S M .; , : •■/ 5 ' - с Л ¿ : 24 : 9

Fe l, M 2, 3.I/4 i 3! 35 i * J 3 3

Fe LT y: : , 3.U, 3 i 41 ■ 42 4 8

Co Ii il 4 , - M 2 0 31 i 30 2 5

Co -'"' 2 < ;.U4 s 1 3 2 3 3 i 3 2 3 3

Co M: , с А/: 1 3 1 38 36 i 3S 41

Cu LiM , 5 U 4 *! -! 4 4 ! 43 1 s

Cu ■i -If 4 3 2 32 1 31 1 3'

Cu Li Я 2 .! Л/ 2 1 27 24 i ' 34

h Si ;<L¡ Lr, 1 64 ! 67 1 1 66 67

Si AI] Li 1 30 26 í 28 24

Si А1\ Ii 1 7 7 j 6 9

В пятой г-гезе приведены результаты определения состава исследозанных веществ (TiSi2, V3S1, Fe3Si7, FeSi, Co2Si, CoSi, CoSi2, NiSi, MoSi2, FerGe^ FeGe2). Глава состоит из двух параграфов.

В первом параграфе описаны режимы подготовки образцов и проведения измерений. Анализ проводился на двух оже-спектрометрах. Один из них, модель PHI-590 фирмы Perkin Elmer, оснашен анализатором типа "цилиндрическое зеркало" с относительным энергетическим разрешением 0.37с. На другом спектрометре, модели XSAM-S00 фирмы Kratos, сферический анализатор работал в режиме постоянного относительного разрешения, разного 0.06%. Для получения чистой поверхности с составом, идентичным известному объемному, образцы скрайбировались в вакууме алмазной иглой. Вследствие сильной химической связи между компонентами анализируемых соединений, при температуре проведения измерений (а20°С) сегрегации элементов к поверхности не наблюдается. При измерениях использовались высокоэнергетические линии элементов, для которых глубина выхода оже-электронов составляет ЮтЗО А. Поэто^ средний состав анализируемой области скрайбированного образца идентичен объемному составу.

Во втором параграфе приведены результаты определения состава исследованных систем. Сравнение результатов, полученных при использовании экспериментально определенных коэффициентов элементной чувствительности и взятых из справочника [10] значений а, показали необходимость проведения измерения а для используемого спектрометра (табл.9). Когда расчет ведется по площадным характеристикам интенсивности, средняя погрешность анализа при использовании коэффициентов элементной чувствительности возрастает. Это вызвано некоторой взаимной компенсацией ошибок, обусловленных неучетом матричного эффекта и неверным

т

измерением интенсивности при использовании амплитуд пиков.

Полученные при безэталонном анализе результы приведены в табл.Ю. Рь:чет интенсивностей по уравнению (9) дает наилучшие результаты. Но и в этом с *учае средняя погрешность анализа составляет 12%.

Табл. 9. Результаты расчета состава соединений по коэффициентам Элементной чувствительности.

Источник

Образец

а СоБа.? С=31 С02Б1 Рез Б 1т К131 Т1312 Уз 51 Мо312 ГетСе

:ю] 24 40 » 40 36 21 60 2* 6Б

Эк с пер. 27 44 60 27 26 69 30 53

Объемная концентрация 33 50 67 30 50 50 33 75 33 64

Табл. 10. Результаты безэталонного анализа.

Концентрация металла при измерении интенсивности

Образец Амплитуда в дифференциальном спектре Амплитуда в интегральном спектре Плошадь в интеграль спектре после вычит ЛФ, уравнению:

Р/В' Р/В (3) 1 (9) (

Со312 | 40 | 41 39 41 | 39

Сс31 | 56 | 56 53 59 57

Сс2 31 | 71 | 75 69 74 73

ГезЭ!? | 38 | 36 34 36 35

геБ! | 59 | 61 57 59 58

N151 | 51 56 52 58 I 58

?1312 | 53 41 ) 40 41 | 38

V-, 51 | 85 81 | 75 78 | 77

Кс312 | 36 25 | 41 32 30

ГеСез | 39 37 з5 36 35

Средняя ое!бка 18 18 14 15 12

В табл.11 приведены средние погрешности анализа при проведении матричной »ррекчии и использовании различных методов измерения интенсивности и расчета Л. 1К следует из этих данных, при расчете, основаном на использовании для определения ггенсивности уравнений (8) или (9) и уравнения Танумы-Пауэла-Пэнна для расчета Л, эстигнуга наилучшие результаты, что подтверждает правильность сделанных выводов преимущественных алгоритмах расчета фактора обрзтного рассеяния, длины зобидного пробега и интенсивности оже-сигнала.

16л. 11 . Средняя ошибка определения состава по уравнению (4) при ¡пользовании различных методов измерения интенсивности и расчета X

Средняя ошибка анализа при измерении интенсивностей как:

№тод расчета А, ссылка Амплитуда в дифференциальном спектре■ Амплитуда в интегральном спектре Плошадь в интегральном спектре после вычитания № по уравнению:

р/в 1 Р/3 (8) (9) (10)

(4) 8 13 17 6 б 10

(5) 12 11 8 22 19 17

(2) 13 17 19 з > 6

(6) 8 7 8 15 14 16

(7) 10 12 11 24 23 25

Расчет по УР- (2) 11 8 9 21 20 22

В заключении суммированы результаты проведенной работы.

1. На основании проведенных расчетов для 1953 бинарных систем деталь проанализирован матричный эффект и изучено влияние на него различных факторов.

2. Проведены измерения фактора обратного рассеяния для различных систем. Показа! что в диапазоне энергий первичных электронов 2—10 кэВ расхождение результат расчета по уравнению Шимииу с экспериментальными данными не превышает Зл.

■ 3. На примере силицида кобальта, чистого кобальта и кремния установлено, ч зависимость длины свободного пробега от состава матрицы лучше других оггисызз уравнение Танумы-Пауэла-Пэнна.

4. В результате проведенного сравнения экспериментально определенных и расчитани вероятностей переходов определен наиболее точный алгоритм обработки электронн! спектров с целью корректного измерения интенсивности оже—сигнала.

5. Проведено сравнение существующих подходов к выполнению количественно оже—анализа силицидов и германидов переходных металлов. Разработан наибол точный алгоритм, основанный на использовании еыСтзнного метода осработкн спектр и проведении матричной коррекции с использованием уравнений Шглгицу для раече фактора обратного рассеяния и уравнения Танумы-Пауэла—Пэнна для расчета дли; свободного пробега электронов.

Основные результаты опубликованы в следующих работах: 1. А.И. Загоренко. В.И. Запорожченко, "Сравнительный анализ практических метод< расчета матричных поправок в количественной оже-спектроскопии." Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума по ФЭЗ. ВЭЭЭ. ВИЗЭ. Рязань. 1986. стр.166. Z А.И. Загоренко. А.П. Дементьев. "Коррекция концентрационных профилей в ЭОС Тезисы докладов 1 Всесоюзной конференции "Физические методы исследован! поверхности и диагностика материалов вычислительной техники". Кишенев. 19S6. стр.9

3. А.И. Загоренко. В.И. Запорожченко. Г.Г. Курбатов. М.Г. Степанова. "Совремешк состояние методов определения состава поверхности в количествен™ охе-спектроскопии." деп. ВИНИТИ No 5710-В88.19S7. 24 стр..

. А.И. Загоренко. В.И. Ззпорожченко. "Матричный эффект в электронной псе—спектроскопии." леп. ВИНИТИ Nol223-BS8. 19S7. 32 стр..

. А.И. Загоренко. В.И. Запорохченко, "Методические аспекты количественного анализа 1ЛИ1ШДОВ переходных металлов б ЭОС." Тезисы докладов 1 Всесоюзной конференции Физические основы микроэлектроники". Вильнюс. 1987. стр.151.

i. А.И. Загоренко. В.И. Ззпорожченко. "Количественная оже—спектроскопия бинарных ютем." Тезисы докладов 20 Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике, иев. 19ST. стр. 74.

'. А.П. Алексеев. А.И. Загоренко. В.И. Ззпорожченко, Г.Г. Курбатов. В.И. Раховскик. Повышение точности локального химического анализа состава поверхности методом же—электронной спектроскопии." Известия Болгарской Академии Наук. сер. хим.. ¡89, т.22. стр.365.

i. А.И. Загоренко. В.И. Запорожченко, "Экспериментальная проверка методов расчета ээффишента обратного рассеяния в электронной оже—спектроскопии." Поверхность. ЭЗЗ, Ко4, стр. 41.

I. А.И. Загоренко, В.И. Запорожченко, "Количественная оже-спектроскопия бинарных ¡стем. Сравнительный анализ моделей расчета матричных поправок." Изв. АН СССР, îp. физ., 19SS, Т.52, ctp.156S.

3. A.I. Zagorcnko, V.l. Zaporozchenko, G.G. Kurbatov, "The calibration of electron jectrometer energy scale and intensity—energy response function and their application for uantitative Auger microanalysis of transition metals silicides." Le Vide, les Couches linces, 19S9, Suppl..\'o24S, p. 136.

1. C.C. Войтусик, А.И. Загоренко, В.И. Запорожченко, "Модификация поверхности \тшидов переходных металлов ионами аргона низкой энергии." Тезисы докладов 9 ;есоюзной конференции "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом",

[осква, 19S9, т.1, стр.130.

2. С.С. Войтусик, А.И. Загоренко, В.И. Запорожченко, "Измерение количественного эстава поверхности силицидов переходных металлов. Учет преимущественного зспыления, матричных и химических эффектов." Тезисы докладов Всесоюзной энференши "Поверхность", Черноголовка, 19S9, стр.153.

13. Л.1. Zagorenko, V.I. Zaporozchenko, "Quantitative Auger electron spectroscopy binary systems. Matrix correction." Surface L Interface Analysis, 19S9, v.14, p.43S.

14. A.I. Zagorenko, S.E. Borodiansky, V.I. Zaporozchenko. "Intensity measurement Auger electron spectroscopy." Proceedings of 12 Congress on X-ray optics a microanalysis, Cracow, Poland, 19S9, p.2S0.

15. А.И. Загоренко, Б.И. Запорожченко, "Сравнение разных методов измерен интенсивности при проведении количественного оже—анализа." Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума по ФЭЭ. ВЭЭЭ. ВИЭЭ. Ташкент. 1990. стр.130.

1G. С.С. Войтусих. А.И. Загоренко, В.И. Запорожченхо. "Модификация поверхнос силицидов кобальта и железа ионами аргона низкой энергии." Изв. АН СССР, сер.физ.. 1990. т.54. стр.1293.

17. Л.1. Zagorenko. V.I. Zaporozchenko. G.G. Kurbatuv. "Quantitative Лигог Analysis binary systems from the first principles."

Abstracts of 11 European conference on surfa.ee science. S.damanca. Spain. 1990. p.104. 13. A.I. Zagorenko. V.I. Zaporozchenko, S.3. Vojtusik. "Study of surface composit char.2-?s under Ar ion bombardment."

Abstracts of 11 European conference on surface science. Salamanca. Spain. 1990. p.24.

19. \.I. Zagorenko. V.I. Zaporozchenko. "AES quan;:£ci::oa of o:dde-. reir.trr.jry me: ¿iiicidoi ¿nd germanides." Abstracts of 6 International conference on quantitative surf analysis. London. ГК. 1990. p. 10

20. А.И. Загоренко. З.И. Запорожченко. С.З. Бородянский. Ю.Г. Абалкин, проблемы измерения интенсивности в электронной оже-сгтектроскопии." Поверхность ¡99!. ХоЗ. стр. 93.

21. А.И. Загоренко. В.И. Запорожченхо. С.С. Всйтусик. "Влияние распыления иона аргона силицидов .J—d металлов на результаты количественного анализа.'1 Тез;-докладов 21 Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике.

Ленинград. 1991. стр. 136.

22. А.И. Ззгоренко. В.И. Запорожченко. "Изучение точности измерения интенсивност электронной оже—спектроскопии." Тезисы докладов 7 Всесоюзной конференции растровой электронной микроскопии. Звенигород. 1991. стр. 107.

ЛИТЕРАТУРА.

. R. Shimizu, Jpn-J.Appl.Pkys. 22,1631 (19S3). . S. Tanuma, C. Powell, D. Penn, Surface Sei. 192, L849 (1987). S. Tougaard. Surf.Interface Anal. 11, 453 (19SS). . M.P. Seah, VV.A. Dench, Surf.Interface Anal. 1, 2 (1979). J. Szajman, R.C. Leckev. J.Electr.Spectr.Relat.Phenom. 23. 97 (19S1). , D. Penn, J.Electr.Spectr.Relat.Phenom. 9, 29 (1970). H. Tokutaka, K. Nishimori. H. Hayaslii, Surface Sei. 149. 349 (19S5). G. Love, M. Cox, YVScott, J.Phys.'D 11, 23 (1978). P. Streubel, H. Berndt, Surf.Interface Anal. 6, 48 (19S4). I. L.E. Davis, N.C. MacDonald, P.W. Palmberg, G.E. Riach. R.E. Weber, Handbook of Auger Electron Spectroscopy, 2nd Edn. Physical Electronics Inc., Minnesota (197G).