Материал: anishik_v_m_uglov_v_v_cherenda_n_n_rezerfordovskoe_obratnoe

торых металлов (например, вольфрама или ванадия) могут обладать и линейной зависимостью. Увеличение температуры отжига приводит к увеличению скорости роста силицида (рис. 4.3). Скорость роста может зависеть и от ориентации подложки кремния. Например, скорость роста Ni2Si при 275 оС в 2 раза больше на подложках кремния с ориентацией (100), чем на подложках с ориентацией (111).

Процесс роста силицидного слоя, как и любой другой диффузионный процесс, является термически активируемым. Из решения второго закона Фика следует, что данный процесс может быть описан следующим уравнением:

где B – константа, ЕА – энергия активации роста, k – постоянная Больцмана, T – температура отжига.

Рис. 4.3. Параболический рост Ni2Si на (111)Si: 1 – 325 оС; 2 – 300 оС; 3 – 275 оС; 4 – 250 оС

Тогда, определив из рис. 4.3 значение t2/τ для каждой температуры отжига, можно построить график зависимости t2/τ = f(T –1). Полученная зависимость позволяет определить энергию активации роста силицида ЕА:

31

спектре РОР – к смещению соответствующего им сигнала в область большей энергии.

Если движущимся компонентом является кремний, то атомы-метки будут проникать глубже в образец при перемещении границы раздела. Чтобы в этом случае точно установить тип диффузанта, нужно имплантировать метки в нанесенный слой металла. Если в ходе роста силицида атомы-метки смещаются в глубь образца при перемещении поверхности раздела силицид-металл, то это указывает на то, что преобладает диффузия атомов кремния.

Для использования этой методики необходимо выбирать атомный вес материала метки так, чтобы сигнал от метки приходился на энергетический интервал, в котором нет сигналов от кремния или от исследуемого металла. Требуется также подбирать правильную толщину пленки нанесенного металла, чтобы не было перекрывания сигналов.

Задание

1.По спектру РОР определить состав силицида. Определить толщину силицидного слоя для каждой температуры и времени отжига, используя формулу (2.17) в поверхностном энергетическом приближении.

2.Для каждой температуры отжига построить графики зависимости

толщины слоя от времени отжига t( τ) . По графикам определить величину t2/τ для каждой температуры отжига.

3.Построить график ln(t2/τ) = f( 1 ). По графику определить энергию ак-

T

тивации роста силицида.

Контрольные вопросы

1.Объяснить методику определения энергии активации роста силицида.

2.От каких величин зависит скорость роста силицида?

3.Методика атомов-меток.

33

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ПОСТРОЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ПРОФИЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА РЕЗЕРФОРДОВСКОГО ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ

Цель работы: с помощью спектра РОР построить концентрационный профиль элемента.

В предыдущих работах рассматривались случаи, когда исследуемый материал состоял либо из одного элемента, либо из нескольких, но с равномерным распределением по глубине. В реальных условиях такие случаи встречаются достаточно редко. В результате термической обработки, окисления и ряда других процессов распределение элементов по глубине становится неравномерным, что может существенно влиять на свойства материала. Поэтому появляется задача определения концентрации элементов в материале на различной глубине (то есть построение концентрационных профилей). Для тонких пленок, имплантированных, или других поверхностных слоев сравнительно малой толщины эта задача может быть решена с помощью метода РОР.

При использовании этого метода для построения концентрационных профилей основной трудностью является точное определение тормозной способности ионов. Если состав образца известен и концентрация примеси невелика ( ≤1 ат. %), можно воспользоваться табличными значениями [ε] или вычислить их по правилу Брэгга с помощью известных сечений торможения. В этом случае влияние примеси на торможение ионов незначительно и его, как правило, не учитывают. При большей концентрации атомов примеси их влияние на торможение становится существенным. Кроме того, при не гомогенном распределении примеси по глубине образца тормозная способность также изменяется. Только за счет различных приближений относительно ε(Е) погрешность определения концентрации атомов примеси и глубины их залегания может достигать 20–30 %. Дополнительные трудности возникают из-за того, что уравнения, описывающие спектр обратного рассеяния в образце с переменным по глубине составом, сложны и их не всегда удается решить аналитически.

Наиболее распространенный метод, используемый для построения концентрационных профилей по спектрам РОР, – метод машинного моделирования. Для расчета применяют следующий подход. Образец ус-

34

ловно разбивают на достаточно тонкие слои, в которых распределение элементов считается гомогенным. По определенной математической модели рассчитывают спектр образца с заданной концентрацией элементов по слоям. Затем его сравнивают с экспериментальным. Концентрация элементов в слоях подбирается до тех пор, пока не будет подобран состав образца, теоретический спектр которого соответствует экспериментальному.

Рассмотрим другой, относительно простой способ построения концентрационных профилей элементов. Элемент с большей концентрацией берут за основной. Образец условно разбивают на слои, концентрация элементов в которых считается постоянной в пределах толщины слоя. Из формул (2.23, 2.24) видно, что высоты сигналов от элементов связаны с их концентрациями в образце. Тогда выражение для отношения высот сигналов от атомов компонента i и атомов основного элемента, находящихся в одном слое с толщиной ∆t, имеет вид:

Учитывая выражение для дифференциального сечения рассеяния (формула 2.4), получаем:

После того, как определены все значения Ni/Nосн, атомная доля любого компонента Сi может быть рассчитана по формуле:

i

где значение Сi·100 дает концентрацию в ат.%.

Толщина слоя ∆t может быть определена с помощью формулы (2.17), в которую вместо t подставляется ∆t, а вместо ∆Е –энергетическая ширина рассматриваемого слоя.

Как видно из (5.3), относительная концентрация зависит от меняющихся с глубиной параметров: высоты энергетического пика и фактора

35