Исследование состава и структуры пленок на основе Si-Ge сплавов ядерно-физическими методами анализа на пучках протонов
Исследованы возможности определения массового содержимого, толщины и профилей концентрации кремния и фосфора в тонких пленках изготовленных по газо-фторидной технологии. Разработана методика неразорительного анализа поверхностных пластов и переходного пласта между бинарной Sі-Ge пленкой и подложко...
Saved in:
| Published in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98871 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование состава и структуры пленок на основе Si-Ge сплавов ядерно-физическими методами анализа на пучках протонов / В.В. Левенец, А.А. Щур, Б.М. Широков // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 2. — С. 130–137. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859584881135190016 |
|---|---|
| author | Левенец, В.В. Щур, А.А. Широков, Б.М. |
| author_facet | Левенец, В.В. Щур, А.А. Широков, Б.М. |
| citation_txt | Исследование состава и структуры пленок на основе Si-Ge сплавов ядерно-физическими методами анализа на пучках протонов / В.В. Левенец, А.А. Щур, Б.М. Широков // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 2. — С. 130–137. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физическая инженерия поверхности |
| description | Исследованы возможности определения массового содержимого, толщины и профилей концентрации кремния и фосфора в тонких пленках изготовленных по газо-фторидной технологии.
Разработана методика неразорительного анализа поверхностных пластов и переходного пласта
между бинарной Sі-Ge пленкой и подложкой из кремния на основе регистрации рентгеновского
и γ-излучение возбуждаемого ускоренными протонами. Проведены исследования серии
изделий, отличающихся материалом подложки, технологией изготовления и массовым содержимым. Сделаны выводы относительно возможности применения подобных аналитических
методов для изучения физических процессов, связанных с изготовлением многослойных
полупроводниковых структур.
Досліджено можливості визначення масового вмісту, товщини та профілів концентрації кремнію
та фосфору у тонких плівках виготовлених за газо-фторидною технологією. Розроблено методику неруйнівного аналізу поверхневих шарів та перехідного шару між бінарною Si-Ge плівкою
та підложкою з кремнію на основі реєстрації рентгенівського та γ-випромінювання збуджуваного прискореними протонами. Проведено дослідження серії виробів, що відрізнялися матеріалом підложки, технологією виготовлення та масовим вмістом. Зроблено висновки щодо
можливості застосування подібних аналітичних методів для вивчення фізичних процесів,
пов’язаних із виготовленням багатошарових напівпровідникових структур.
The possibilities were studied of the determination of mass content, thicknesses and depth profiles of
silicon and phosphorus in thin films which were made using CVD-technique. The method was
developed of non destructive analysis of the surface layers and transition layer between of binary SiGe-film
and the Si-backing using PIXE and PIGE. The studying was made of series of samples with
various materials of the backing, technology of production and mass content. The conclusions about
the application of the such methods to the studying of physical processes associated with the fabrication
of multilayer semiconductor structures were drawn.
|
| first_indexed | 2025-11-27T10:15:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
130
ВВЕДЕНИЕ
Создание новых полупроводниковых мате-
риалов и структур допированных контроли-
руемыми примесями для создания высоко-
технологичных элементов микроэлектрон-
ных устройств стало одним из основных на-
правлений современной электроники. Про-
мышленному производству подобных мате-
риалов и приборов на их основе предшест-
вует этап проведения научно-исследователь-
ских и технологических разработок, включа-
ющих собственно выбор и отработку техно-
логии изготовления, и контроль технологи-
ческих процессов, а также анализ элемент-
ного состава и структурных свойств конеч-
ных изделий [1 – 4]. Одним из возможных
направлений аналитического сопровождения
в области создания новых полупроводни-
ковых приборов на основе сплавов кремния
и германия являются ядерно-физические
УДК 539.12.074
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ПЛЕНОК
НА ОСНОВЕ Si-Ge СПЛАВОВ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИМИ
МЕТОДАМИ АНАЛИЗА НА ПУЧКАХ ПРОТОНОВ
В.В. Левенец, А.А. Щур, Б.М. Широков
Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ
Украина
Поступила в редакцию 22.06.2010
Исследованы возможности определения массового содержимого, толщины и профилей кон-
центрации кремния и фосфора в тонких пленках изготовленных по газо-фторидной технологии.
Разработана методика неразорительного анализа поверхностных пластов и переходного пласта
между бинарной Sі-Ge пленкой и подложкой из кремния на основе регистрации рентгеновского
и γ-излучение возбуждаемого ускоренными протонами. Проведены исследования серии
изделий, отличающихся материалом подложки, технологией изготовления и массовым содер-
жимым. Сделаны выводы относительно возможности применения подобных аналитических
методов для изучения физических процессов, связанных с изготовлением многослойных
полупроводниковых структур.
Ключевые слова: газо-фторидные технологии, германий, кремний, фосфор, допування,
определение профилей концентрации, ХРВ, МВЯР, ядерные резонансы, рентгеновское из-
лучение, γ-излучение, протоны, ускоритель
Досліджено можливості визначення масового вмісту, товщини та профілів концентрації кремнію
та фосфору у тонких плівках виготовлених за газо-фторидною технологією. Розроблено мето-
дику неруйнівного аналізу поверхневих шарів та перехідного шару між бінарною Si-Ge плівкою
та підложкою з кремнію на основі реєстрації рентгенівського та γ-випромінювання збуджу-
ваного прискореними протонами. Проведено дослідження серії виробів, що відрізнялися ма-
теріалом підложки, технологією виготовлення та масовим вмістом. Зроблено висновки щодо
можливості застосування подібних аналітичних методів для вивчення фізичних процесів,
пов’язаних із виготовленням багатошарових напівпровідникових структур.
Ключові слова: газо-фторидні технології, германій, кремній, фосфор, допування, визначення
профілів концентрації, ХРВ, МВЯР, ядерні резонанси, рентгенівське випромінювання, γ-ви-
промінювання, протони, прискорювач
The possibilities were studied of the determination of mass content, thicknesses and depth profiles of
silicon and phosphorus in thin films which were made using CVD-technique. The method was
developed of non destructive analysis of the surface layers and transition layer between of binary Si-
Ge-film and the Si-backing using PIXE and PIGE. The studying was made of series of samples with
various materials of the backing, technology of production and mass content. The conclusions about
the application of the such methods to the studying of physical processes associated with the fabrication
of multilayer semiconductor structures were drawn.
Keywords: CVD-technique, germanium, silicon, phosphorus, doping, depth profiles determination,
PIXE, PIGE, nuclear resonance, X-rays, γ-rays protons, accelerator
В.В. Левенец, А.А. Щур, Б.М. Широков, 2010
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2 131
методы анализа химического состава ве-
щества и пространственного распределения
отдельных компонентов, основанные на ис-
пользовании ускоренных протонов от элект-
ростатических ускорителей [5 – 6]. Для иссле-
дования элементного состава и однородности
исследуемых объектов целесообразно ис-
пользовать совокупность ядерно-физических
методов основанных на использовании пуч-
ков ускоренных ионов, каждый из которых
может быть реализован параллельно с други-
ми. Наиболее употребляемые из таких мето-
дов ХРИ (характеристическое рентгеновское
излучение), МИЯР (мгновенное γ-излучение
из ядерных реакций) и ОРР (обратное Резер-
фордовское рассеяние). Для решения иссле-
дуемой задачи наиболее оптимальным ока-
залось использование двух первых методов.
Метод анализа элементного состава ХРИ,
основан на регистрации характеристического
рентгеновского излучения атомов, сопровож-
дающего заполнение вакансий во внутренних
электронных оболочках электронами выше-
лежащих оболочек. Первичные вакансии воз-
никают в результате взаимодействии укорен-
ных протонов с электронами оболочек бли-
жайших к ядру атома. Метод МИЯР основан
на использовании мгновенного γ-излучения
из ядерных реакций и позволяет в ряде слу-
чаев кроме определения элементного состава
пробы получать информацию о распределе-
нии отдельных элементов по глубине без раз-
рушения объекта исследования. Настоящая
работа посвящена вопросам исследования
элементного состава и пространственного
распределения отдельных компонентов до-
пированных фосфором Si-Ge пленок, полу-
чаемых с использованием газо-фторидных
технологий, на основе регистрации характе-
ристического рентгеновского излучения
х.р.и. атомов и γ-излучения ядер, возбуждае-
мого при облучении вещества пучками уско-
ренных протонов.
МЕТОДОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
АНАЛИЗА
Экспериментальные исследования выпол-
нены на электростатическом ускорителе, вхо-
дящем в состав аналитического ядерно-физи-
ческого комплекса (АЯФК) “Сокол” ННЦ
ХФТИ [7]. Для измерений использовался ка-
нал ХРИ и ядерных реакций. Облучение ис-
следуемых образцов протонами происходило
в вакуумной камере при давлении 10–5 торр.
Энергия протонов и ток пучка варьировались
при измерениях от 10 нА до 1,5 мкА, а энер-
гия пучка от 300 до 1760 кэВ. Протоны падали
на поверхность мишени по нормали к поверх-
ности. Рентгеновское и γ-излучение исполь-
зовавшееся для исследования элементного
состава и пространственной однородности
исследовавшихся образцов регистрировалось
полупроводниковыми детекторами, распо-
ложенными за пределами камеры облучения.
Для вывода из камеры облучения мягкого
рентгеновского излучения К-серии кремния,
фосфора и германия с энергиями в диапазоне
1,74 – 9,85 кэВ использовалось окно из берил-
лиевой фольги толщиной 25 мкм. Регист-
рация х.р.и. осуществлялась Si-Pin-детекто-
ром с Пельтье-охлаждением, расположенным
под углом 135° по отношению к направлению
движения протонов на расстоянии 45 мм от
облучаемой мишени. Энергетическое разре-
шение детектора составляло 160 эВ по линии
5,95 кэВ. Для регистрации высокоэнерге-
тичного γ-излучения из ядерных реакций с
энергиями до 100 кэВ до 10 МэВ исполь-
зовался Ge(Li)-детектор с объемом кристал-
ла и разрешением 2,5 кэВ по линии с энер-
гией 1332 кэВ. Ось кристалла детектора
располагался под углом 0° по отношению к
направлению пучка протонов на расстоянии
25 мм от облучаемой мишени. Толщина кры-
шки камеры из нержавеющей стали в месте
расположения чувствительного объема детек-
тора составляла 2 мм, и практически не влия-
ла на интенсивность прохождения излучения
от мишени в детектор.
Исследуемые образцы. Исследуемые об-
разцы представляли собой пластины либо
диски размерами от 5 – 20 до 40 мм. Исследу-
емое вещество было изготовлено из пленки
толщиной от десятых долей до нескольких
микрон, нанесенной на подложки из различ-
ных материалов. В качестве материала под-
ложки использовались углерод, кремний,
сплав тантала и ниобия. Исследованы не-
сколько серий образцов отличающихся тол-
щиной и составом покрытия, а также мате-
риалом подожки
В.В. ЛЕВЕНЕЦ, А.А. ЩУР, Б.М. ШИРОКОВ
132
Стандартные образцы сравнения. Для
проведения количественного анализа исполь-
зовались стандартные образцы (СО) сравне-
ния. Массовое содержание кремния, и герма-
ния в различных СО изменялось от 10% Ge –
90% Si, до 50% Ge 50% Si с шагом 10%. И-
спользовались также СО из чистого кремния
и германия. Для определения содержания
фосфора были изготовлены стандарты на ос-
нове преимущественно кремниевой матрицы,
в которых содержание фосфора составляло
1 – 7%.
Условия проведения анализа. Для опреде-
ления массового содержания кремния, фос-
фора и германия использовалось х.р.и. К-се-
рии, с энергиями 1,74 кэВ, 2,015 кэВ и
9,885 кэВ. Сечения возбуждения х.р.и. К-се-
рии σKx зависят от энергии протонов (меняет-
ся по степенному закону σKx ∼ En, n = 3 ÷ 4) и
атомного номера элемента – Z (экспоненци-
ально спадает с увеличением σKx ∼ exp(–kZ)).
Совокупность этих факторов приводит к то-
му, что для энергий протонов 300, 500, 1000
и 1760 кэВ отношение величин сечений воз-
буждения х.р.и. кремния и германия изменя-
ется как 1200, 700, 170, 60. Собственная эф-
фективность детектора для этих линий сос-
тавляла 0,74; 0,81 и 0,97 соответственно. Как
показали предварительные исследования,
большинство исследуемых образцов имело
незначительное – менее 1%масс. содержание
фосфора, а массовое содержания германия
варьировалось от нескольких единиц до 10 –
20%. Содержание кремния соответственно
составляло от 100% до 80%. Глубина анали-
зируемого слоя вещества для исследуемых
образцов при изменении энергии протонов
меняется от 3 до 35 мкм. При проведении
анализа следовало принимать во внимание
следующие факторы:
− интенсивности излучения аналитических
линий кремния и германия в спектрах
х.р.и. не должны отличаться более чем 1
– 2 порядка;
− интенсивность излучения не должна быть
высокой настолько, чтобы спектрометри-
ческий тракт не успевал обрабатывать
импульсы;
− пробег протонов в веществе мишени, ве-
личина которого определяется энергией
протонов, не должен превышать толщину
анализируемой пленки, либо при вычис-
лении содержания анализируемых компо-
нентов анализируемая мишень должна
рассматриваться как “полутонкая”.
С учетом вышеизложенного была про-
ведена серия измерений, во время проведения
которых варьировались энергия, ток пучка
протонов, поглотители и коллиматоры рент-
геновского излучения, располагавшиеся меж-
ду мишенью и детектором.
Для исследования пространственного рас-
пределения отдельных компонентов иссле-
дуемых образцов использовали метод МИЯР.
В доступном диапазоне энергий протонов для
определения фосфора и кремния могут быть
использованы ядерные реакции, параметры
которых приведены в табл.1 и на рис 1, 2 [8 –
11].
Указанные ядерные реакции имеют узкие
резонансы в зависимости сечения от энергии
протонов, что позволяет измерить распреде-
ление фосфора и кремния на поверхности об-
Реакция Распростр.
изотопа, %
E рез, кэВ Eγ, МэВ Γрез, эВ
31P(p, γ)32S 100 541 2,23
31P(p, γ)32S 100 811 7,42
31P(p, γ)32S 100 1438 3,64;
1,62
45
< 420
29Si(p, γ)30P 4,67 414 5,6 ∼ 100
30Si(p, γ)31P 3,1 620 7,9 68
Таблица 1
Характеристики ядерных реакций
на изотопах фосфора и кремния
Рис. 1. Функция возбуждения γ-излучения с энергией
2,23 МэВ из реакции 31P(p, γ)32S [8].
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ Si-Ge СПЛАВОВ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ...
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2 133
разца с пространственным разрешением 10
и 15 нм соответственно.
Для определения макросостава образцов
Si-Ge пленок, нанесенных на кремниевую
подложку, методом ХРИ были выбраны сле-
дующие параметры работы ускорителя и де-
тектирующей системы.
Энергия протонов для трех серий изме-
рений составляла 450, 500 и 700 кэВ соот-
ветственно, ток пучка варьировался от 700 до
200 нА, заряд протонов при измерении спек-
тров изменялся от 300 – для энергии протонов
450 кэВ до 30 мкКл – для энергии протонов
700 кэВ. Перед детектором был установлен
поглотитель из акрила толщиной 100 мкм и
коллиматор с диаметром отверстия 2,5 мм.
Такой выбор экспериментальных условий по-
зволил проводить измерения с оптимальной
загрузкой спектрометра, без использования
сменных поглотителей, обеспечить высокую
экспрессность анализа, избежав при этом вы-
соких тепловых и радиационных нагрузок на
исследуемые образцы. Выбранные энергии
протонов обеспечивали также изменение тол-
щин анализируемых пленок в пределах 5 –
10 мкм, что позволило оценить влияние вкла-
да в выход аналитической линии кремния от
подложки.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Исследуемые образцы № 1 и № 2 представля-
ли собой диски из кремния диаметром 40 мм,
на которые были нанесены пленки из соеди-
нения кремния германия. На рис. 3 приведе-
ны фотографии анализируемой поверхности
этих образцов.
В каждом образце присутствовало не-
сколько зон в виде центрального круга и кон-
центрических колец, процесс формирования
пленки в которых отражал определенные из-
менения в технологических параметрах. Об-
разец № 3 был изготовлен в виде кремниевой
пластины размером 10×20 мм, на который
был нанесен слой исследуемого соединения
со стационарными технологически услови-
ями. Благодаря оптимизации эксперимента-
льных параметров был достигнут режим из-
мерений, при котором удалось измерять за ко-
Рис. 2. Сечение возбуждения γ-излучения с энергией
7,9 МэВ из реакции 30Si(p, γ)31P [9].
а)
б)
Рис. 3. Распределение зон в образцах: а) – № 1;
б) – № 2.
В.В. ЛЕВЕНЕЦ, А.А. ЩУР, Б.М. ШИРОКОВ
134
роткое время аналитические пики основных
матричных элементов с умеренной темпера-
турной и радиационной нагрузкой, без иска-
жения формы спектральных линий, избе-
жать перегрузки спектрометрического трак-
та и существенно нивелировать различие в
интенсивности х.р.и. кремния и германия,
обусловленное различием в атомных номе-
рах.
На рис. 4. показан типичный вид спектра
х.р.и. от Si-Ge пленки.
Обработку рентгеновских спектров выпол-
няли с использованием кода WinQXAS [12].
Для вычисления содержания кремния и гер-
мания использовали метод внешнего стандар-
та. Отличия в матричном составе стандартов
и исследуемых образцов были учтены попра-
вочными коэффициентами, рассчитанными с
использованием компьютерного кода Gupix-
win [13]. Результаты вычислений массового
содержания кремния и германия приведены
в табл. 2.
Для каждой точки выполнялось по три па-
раллельных измерения, в табл. 2 приведены
усредненные данные. Нумерация зон начи-
налась от центра образца. Для образца № 3
выполнены измерения в трех точках с целью
исследования однородности состава осаж-
даемых пленок, по поверхности. Как видно
из приведенных данных, с увеличением энер-
гии протонов и для некоторых точек наблю-
дается увеличение содержания кремния, что
может быть объяснено вкладом от кремние-
вой подложки, возрастающим с ростом тол-
щины анализируемого слоя за счет увеличе-
ния энергии протонов. С увеличением энер-
гии протонов также увеличивается эффектив-
ная толщина анализируемого слоя, из которо-
го выходит практически все регистрируемое
излучение.
Для образца № 1 в центральной части бы-
ла выполнена оценка толщины пленки с ис-
пользованием методики описанной в [14].
Толщина слоя t (мкм), содержащего Ge опре-
делена по формуле:
Рис. 4. Типичный вид спектра х.р.и. от Si-Ge пленки.
Таблица 2
Содержание основных компонентов в образцах Si-Ge пленки на Si-подложке, %масс.
Место
анализа
№
об-
раз.
Ep = 450 кэВ Ep = 500 кэВ Ep = 700 кэВ
Si Ge Si Ge Si Ge
88,18 ± 0,03 11,82 ± 0,09 89,03 ± 0,26 10,97 ± 0,26 93,41 ± 0,01 6,59 ± 0,01Центр
94,99 ± 0,02 5,01 ± 0,21 95,73 ± 0,08 4,27 ± 0,08 96,82 ± 0,06 3,18 ± 0,062 зона
96,09 ± 0,03 3,91 ± 0,05 96,94 ± 0,13 3,06 ± 0,13 97,69 ± 0,04 2,31 ± 0,043 зона
99,51 ± 0,02 0,49 ± 0,03 98,90 ± 0,07 1,10 ± 0,07 99,71 ± 0,02 0,29 ± 0,024 зона
№ 1
99,87 ± 0,02 0,13 ± 0,02 99,91 ± 0,02 0,09 ± 0,005 99,94 ± 0,02 0,06 ± 0,02Центр
99,79 ± 0,03 0,21 ± 0,03 99,53 ± 0,04 0,47 ± 0,04 99,89 ± 0,00 0,11 ± 0,002 зона
96,09 ± 0,03 1,16 ± 0,10 97,96 ± 0,02 2,04 ± 0,02 99,40 ± 0,03 0,60 ± 0,033 зона
89,05 ± 0,11 10,95 ± 0,11 86,91 ± 0,21 13,09 ± 0,21 93,85 ± 0,04 6,15 ± 0,045 зона
№ 2
95,88 ± 0,04 4,12 ± 0,04 94,34 ± 0,16 5,66 ± 0,16 97,67 ± 0,08 2,33 ± 0,084 зона
99,76 ± 0,02 0,24 ± 0,01 99,78 ± 0,03 0,22 ± 0,03 99,73 ± 0,01 0,27 ± 0,01Центр
– – – – 99,72 ± 0,02 0,28 ± 0,02Правый край
№ 2
– – – – 99,71 ± 0,03 0,29 ± 0,03Левый край
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ Si-Ge СПЛАВОВ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ...
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2 135
1 2 1 2
2 11 2
2
b
b
E Y Y Et
S SY Y
⋅ −
= ⋅
⋅ − , (1)
где E1 и E2, Y1 и Y2, S1 и S2 соответственно
энергии протонов, выходы х.р.и. Ge и тор-
мозные потери протонов в веществе мишени
для указанных энергий протонов, b – величи-
на, характеризующая зависимость сечения
возбуждения х.р.и. К-серии Ge σKx от энергии
протонов (σKx ∼ Eb). Были измерены выходы
х.р.и. Ge для указанного образца при энерги-
ях протонов 1200 и 1100 кэВ. Для вычисле-
ний использованы данные о тормозных поте-
рях, рассчитанные с использованием про-
граммы SRIM 2006 [15]. Величина b получена
в результате подгонки экспериментальных
данных о сечениях х.р.и., полученных с ис-
пользованием эмпирической формулы [16].
Толщина пленки составила 0,83 ± 0,11 мкм.
Для образцов Si-Ge-сплавов, нанесенных
на подложку из фольги на основе сплава NbTa
было определено содержания Si по глубине
образца в поверхностном слое толщиной до
1500 А. Использован резонанс при энергии
620 кэВ из реакции 29Si(p, γ)30P Для каждого
образца была проведена серия измерений вы-
ходов γ-излучения при энергиях протонов на-
чиная ниже резонансной до энергии, при ко-
торой резонанс достигается на 1500 А. При
расчете глубин использована программа
SRIM 2006 [15]. Спектры измерялись при то-
ке 1,0 мкА до набора заряда 1500 мкКл. Для
определения кремния использовали γ-кванты
с энергией 7,9 МэВ из реакции 30Si(p, γ)31P.
Результаты определения содержания кремния
приведены на рис. 5. Погрешность опреде-
ления содержания составляла 7 – 10% и вклю-
чала погрешность определения суммы пика
и измерения заряда. Для учета возможного
вклада в выход γ-излучения кремния резо-
нансов при более низких энергия протонов
выполнены измерения спектров при энергиях
ниже 620 кэВ, формально соответствующих
глубинам –0,04 и –0,01 мкм. Пониженное
содержание кремния на поверхности может
быть объяснено, разбросом энергии прото-
нов в пучке составляющим порядка 0,1% на-
чальной энергии протонов, а также естест-
венной шириной используемого резонанса.
Как видно из приведенной информации,
распределение кремния в исследованном
диапазоне глубин близко к постоянному.
Для двух образцов пленок на NbTa-под-
ложке были также исследованы возможности
анализа распределения фосфора по глубине
с использованием резонансов из ядерной ре-
акции 31P(p, γ)32S при энергиях протонов
1247,8 кэВ и 1438 кэВ. Для определения фос-
фора использовали γ-кванты с энергией 2,23
МэВ. Спектры измерялись при токе 1,5 мкА
до набора заряда 3000 мкКл. Результаты из-
мерений представлены в табл. 3.
Для изучения распределения кремния в
переходном слое между Si-Ge-пленкой и Si-
подложкой был выбран узкий резонанс при
энергии 414 кэВ с шириной около 100 эВ из
реакции 29Si(p, γ)30P, что позволило с хорошим
пространственным разрешением получить
профиль распределения кремния на границе
двух сред. Предполагалось, что изотопный
состав кремния в пленке и подложке совпа-
дает. При содержании в 4,67% изотопа 29Si в
естественном кремнии, подобная аналити-
Рис. 5. Профиль концентрации кремния. Прерывис-
тые лини – результат подгонки экспериментального
набора данных полиномами 4го порядка.
Глубина,
мкм
Энергия
резонанса
Содержание масс., %
Si-Ge(NbTa)№1 Si-Ge(NbTa)№2
0,2 1438 кэВ 0,87 –
0,3 541 кэВ 0,34 –
0,5 1247,8 кэВ 0,71 0,66
Таблица 3
Определение содержания фосфора по
резонансам из реакции 31P(p, γ)32S
В.В. ЛЕВЕНЕЦ, А.А. ЩУР, Б.М. ШИРОКОВ
136
ческая методика позволяет определять крем-
ний до уровня концентраций ∼ 1020 ат/см3.
Из полученного распределения кремния
видно, что глубина переходного слоя пленка-
подложка составляет около 400 D.
ВЫВОДЫ
Результаты, полученные в работе позволяют
сделать вывод о том, что совокупность ядер-
но-физических методов анализа состава и
пространственного распределения компонен-
тов Si-Ge сплавов, позволяет получить до-
стоверную информацию относительно влия-
ния разнообразных технологических прие-
мов на формирование подобных структур.
Показано, что при выборе одного из резо-
нансов в сечении реакции 31P(p, γ)32S при
энергиях 541; 1247,6 или 1438 кэВ возможно
получить информацию о распределении фос-
фора по глубине для диапазона массовых со-
держаний от десятых долей до единиц про-
центов. Проведенные исследования являются
важным подготовительным этапом к исследо-
ванию распределения принудительно вне-
дренных примесей P и B в переходных зонах,
возникающих между поверхностной пленкой
и кремниевой подложкой.
ЛИТЕРАТУРА
1. Simola R., Mangelinck D., Portavoce A., Ber-
nardini J., Fornara P. Boron Redistribution Du-
ring Crystallization of Phosphorus Doped Amor-
phous Silicon//16th Intern. Conf. on Ion Implan-
tation Technology. Marseilles, France. – 2006.–
P. 125-128.
2. Fangqing Zhang, Guanghua Chen, Deyan He.
Hydrogen and boron concentrations in doped hy-
drogenated amorphous silicon-carbon films mea-
sured by nuclear reaction analysis//Appl. Phys.
Lett. – 1989. – Vol. 54, № 20. – P. 1995-1996.
3. Cho B., Bareno J., Foo Y.L., Hong S., Spila T.,
Petrov I. and Greene J.E. Phosphorus incorpo-
ration during Si(001):P gas-source molecular
beam epitaxy: Effects on growth kinetics and
surface morphology//Journ. Appl. Phys. – 2008.
– Vol. 103. – P. 123530-1-123530-10.
4. Jin-Hong Park, TadaMunehiro, Jung Woo-Shik,
Wong H.-S. Philip and Saraswat Krishna C.
Metal-induced dopant boron and phosphorus ac-
tivation process in amorphous germanium for
monolithic three-dimensional integration//Journ.
Appl. Phys. – 2009. – Vol. 106. – Р. 074510-1-
074510-6.
5. Левенец В.В., Щур А.А., Омельник А.П., Ко-
вальчук И.К., Пистряк В.М., Широков Б.М.
Определение равномерности распределения
Ge в образце сплава SiGe, полученного мето-
дом CVD//Труды XVII межд. конф. по физике
радиационных явлений и радиационному ма-
териаловедению. Алушта.– 2006.– С. 311-312.
6. Pruppers M., Zijderhand F., Maessen K., Beze-
mer J., Habraken F., Van der Weg W. Incorpo-
ration of phosphorus and boron in amorphous
silicon measured with (p,γ) resonant reactions//
Nucl. Instr. Meth.–1986. –Vol. 15B.– P. 512-515.
7. Бондаренко В.Н., Глазунов Л.С., Гонча-
ров А.В., Зац А.В., Карпусь С.Г., Кузьмен-
ко В.В., Левенец В.В., Омельник А.П., Пист-
ряк В.М., Сухоставец В.И., Усиков Н.П.,
Щур А.А. Аналитический ядерно-физичес-
кий комплекс ННЦ ХФТИ “Сокол”//Int. konf.
Current Problems in Nuclear Physics and Atomic
Energy Book of Abstracts. – 2006. – P. 163.
8. Demortier G. and Bodart F. Quantitative analysis
of phosphorus by (p, γ) reactions//Jorn. Rad.
Chem. – 1972. – Vol. 12. – P. 209-219.
9. Endt P.M., Van Der Leun C. Energy levels of
A = 21 – 44 nuclei (VI)//Nucl. Phys. – 1978. –
Vol. A310. – P. 17-51.
10. Paine B.M. and Sargood D.G.V. (p, γ) resonan-
ce strength in s-d shell//Nucl. Phys. – 1979. –
Vol. A331. – P. 389-397.
11. Ajzenberg-Selove F. Energy levels of light nuclei
A = 11–12//Nucl. Phys. – 1985. – Vol. A433. –
P. 1-157.
12. http://www.iaea.or.at
13. http://pixe.physics.uoguelph.ca/gupix/
Рис. 6. Использование реакции 29Si(p, γ)30P для ис-
следования перехода эпитаксиальная Si-Ge-пленка –
Si-подложка.
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ Si-Ge СПЛАВОВ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ...
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2 137
14. Benka O., Geretschlдger M., Paul H. Determi-
nation of the depth of impurity atoms in bulk
material by proton-induced x rays//J. Appl. Phys.
– 1976. – Vol. 47. – P. 5090-5093.
15. http://www.srimorg.org
16. Paul H., Sacher J. Fitted empirical Reference
Cross Sections for K–Shell Ionization by Pro-
tons//At. Data Nucl. Data Tables.–1989.–Vol. 42.
– P. 105-156.
В.В. ЛЕВЕНЕЦ, А.А. ЩУР, Б.М. ШИРОКОВ
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98871 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-8074 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T10:15:43Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Левенец, В.В. Щур, А.А. Широков, Б.М. 2016-04-18T17:59:02Z 2016-04-18T17:59:02Z 2010 Исследование состава и структуры пленок на основе Si-Ge сплавов ядерно-физическими методами анализа на пучках протонов / В.В. Левенец, А.А. Щур, Б.М. Широков // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 2. — С. 130–137. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98871 539.12.074 Исследованы возможности определения массового содержимого, толщины и профилей концентрации кремния и фосфора в тонких пленках изготовленных по газо-фторидной технологии. Разработана методика неразорительного анализа поверхностных пластов и переходного пласта между бинарной Sі-Ge пленкой и подложкой из кремния на основе регистрации рентгеновского и γ-излучение возбуждаемого ускоренными протонами. Проведены исследования серии изделий, отличающихся материалом подложки, технологией изготовления и массовым содержимым. Сделаны выводы относительно возможности применения подобных аналитических методов для изучения физических процессов, связанных с изготовлением многослойных полупроводниковых структур. Досліджено можливості визначення масового вмісту, товщини та профілів концентрації кремнію та фосфору у тонких плівках виготовлених за газо-фторидною технологією. Розроблено методику неруйнівного аналізу поверхневих шарів та перехідного шару між бінарною Si-Ge плівкою та підложкою з кремнію на основі реєстрації рентгенівського та γ-випромінювання збуджуваного прискореними протонами. Проведено дослідження серії виробів, що відрізнялися матеріалом підложки, технологією виготовлення та масовим вмістом. Зроблено висновки щодо можливості застосування подібних аналітичних методів для вивчення фізичних процесів, пов’язаних із виготовленням багатошарових напівпровідникових структур. The possibilities were studied of the determination of mass content, thicknesses and depth profiles of silicon and phosphorus in thin films which were made using CVD-technique. The method was developed of non destructive analysis of the surface layers and transition layer between of binary SiGe-film and the Si-backing using PIXE and PIGE. The studying was made of series of samples with various materials of the backing, technology of production and mass content. The conclusions about the application of the such methods to the studying of physical processes associated with the fabrication of multilayer semiconductor structures were drawn. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Исследование состава и структуры пленок на основе Si-Ge сплавов ядерно-физическими методами анализа на пучках протонов Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование состава и структуры пленок на основе Si-Ge сплавов ядерно-физическими методами анализа на пучках протонов Левенец, В.В. Щур, А.А. Широков, Б.М. |
| title | Исследование состава и структуры пленок на основе Si-Ge сплавов ядерно-физическими методами анализа на пучках протонов |
| title_full | Исследование состава и структуры пленок на основе Si-Ge сплавов ядерно-физическими методами анализа на пучках протонов |
| title_fullStr | Исследование состава и структуры пленок на основе Si-Ge сплавов ядерно-физическими методами анализа на пучках протонов |
| title_full_unstemmed | Исследование состава и структуры пленок на основе Si-Ge сплавов ядерно-физическими методами анализа на пучках протонов |
| title_short | Исследование состава и структуры пленок на основе Si-Ge сплавов ядерно-физическими методами анализа на пучках протонов |
| title_sort | исследование состава и структуры пленок на основе si-ge сплавов ядерно-физическими методами анализа на пучках протонов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98871 |
| work_keys_str_mv | AT levenecvv issledovaniesostavaistrukturyplenoknaosnovesigesplavovâdernofizičeskimimetodamianalizanapučkahprotonov AT ŝuraa issledovaniesostavaistrukturyplenoknaosnovesigesplavovâdernofizičeskimimetodamianalizanapučkahprotonov AT širokovbm issledovaniesostavaistrukturyplenoknaosnovesigesplavovâdernofizičeskimimetodamianalizanapučkahprotonov |