Электронная оже-cпектроскопия

Электронная оже-спектроскопия (ЭОС) - метод, основанный на анализе электронов определенного вида, называемых оже-электронами, которые возбуждаются при облучении поверхности образца электронным или световым пучком. Оже-электроны возбуждаются в результате ионизации внутренних электронных оболочек атомов. Падающий электрон (или фотон), обладающий достаточной энергией, способен выбить электрон с К- оболочки атома облучаемого вещества (в данном случае подразумевается, что это вещество кремний). При обратном переходе электронов с уровня L1 на свободный уровень К высвобождается энергия, возбуждающая оже-электрон с уровня L2,3. Значение энергии этих электронов приведены в табл. 1.

Таблица 1. Глубина выхода оже-электронов и энергия перехода L2,3 некоторых элементов в кремнии.

Первичный электронный пучок, энергия которого обычно лежит в интервале от 2 до 10 кэВ, проникает в образец на малую глубину. Большинство оже-электронов имеют энергию 20 - 2000 эВ и занимают в электронном спектре промежуточное положение между пиками электронов низкой энергии (вторичных электронов) и высокой энергии (отраженных электронов). Глубина выхода оже-электронов, как правило, меньше 5 нм и уменьшается при понижении энергии перехода (см. табл. 1). Поэтому данные ЭОС позволяют анализировать химический состав поверхностной области.

При использовании ЭОС для решения некоторых диагностических проблем необходимо проводить химический анализ слоев, глубина залегания которых превышает глубину выхода. С этой целью выполняют послойное ионно-плазменное травление поверхности. Анализ химического состава в этом случае проводится либо поэтапно после стравливания слоев заданной толщины, либо непрерывно в процессе травления. При этом строят график зависимости высоты ликов спектра оже-электронов от времени травления или толщины стравленного слоя и анализируется профиль распределения исследуемых элементов по глубине.

При проведении количественного анализа концентрация Сi элемента i в материале образца (матрице) рассчитывается как:

где Ii- интенсивность оже-пика элемента i,
Ij- интенсивность оже-пика элемента j матрицы.

Коэффициенты пропорциональности a определяются по эталонам. В табл. 2 приведены значения чувствительности метода ЭОС к некоторым примесям в кремнии, контроль которых необходимо проводить при изготовлении СБИС.

Таблица 2. Предел чувствительности метода ЭОС к примесям в кремнии.

Чувствительность определяется как минимальная концентрация равномерно распределенной в кремниевой матрице примеси (С_мин), при которой она может быть обнаружена методом ЭОС.

Пространственное разрешение в плоскости поверхности образца определяется в основном диаметром первичного электронного пучка, который в свою очередь зависит от минимального тока, необходимого для получения полезной информации (5 нА). Современные промышленно выпускаемые спектрометры обеспечивают разрешение выше 0.1 мкм. Разрешение по глубине (при анализе без травления поверхности) определяется глубиной выхода оже-электронов и для переходов с низкими энергиями не превышает толщины атомного монослоя.

Большие значения глубины выхода электронов, возбуждаемых при оже-переходах высоких энергий, позволяют измерять толщину очень тонких поверхностных слоев. Сравнительный анализ высоты оже-пиков кремния, соответствующих переходам с энергиями 1619 эВ (кремний подложки) и 1607 эВ (сдвинутый пик химически связанного кремния окисла), позволяет измерять толщину окисных пленок. Этот метод целесообразно применять для измерения толщины окисных пленок, которая примерно в четыре раза меньше, чем глубина выхода оже-электронов.