Методы ионопучковых исследований планарных наноструктур

1. Перспективы развития в России НБИК-технологий как основного научного направления прорыва к шестому технологическому укладуРНЦ «Курчатовский институт»,14-15 октября 2010, Москва, Россия Методы ионопучковых исследований планарных наноструктур В.К. Егоров Е.В. Егоров Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) Черноголовка, Московская область, Институтская улица 6, лаб. Рентгеновской оптики, Россия 142432 Тел.: +7 (49652) 4-12-17 Факс: +7 (49652) 4-42-25 E-mail: egorov@ipmt-hpm.ac.ru WWW: www.ipmt-hpm.ac.ru

2. Методические возможности ионопучковой диагностики наноструктур • Все методы ионопучкового анализа являются недеструктивными, позволяющими извлекать количественную информацию по распределению атомов по толщине мишени. • Основным методом ионопучкового анализа является метод обратного резерфордовского рассеяния потока ионов (Н+ и Не+) с энергией 0.5-2 МэВ, который количественно описывается формулой рассеяния Резерфорда и формулами энергетических потерь Бора. Метод многоэлементный, применим для планарной диагностики со стандартным разрешением по глубине 10 нм (в спец. геометрии до 2 нм), макс. Глубина тестирования до 10-15 микрометров, пределы обнаружения примесей около 0.1% ат. • Вспомогательные методы: РФА при ионном возбуждении, резонансные и пороговые ядерные реакции, нерезерфордовское упругое рассеяние, ионолюминесценция при ионном возбуждении, спектроскопия ядер отдачи, каналирование ионов в упорядоченных структурах. • Подготовка образцов не требует специальной процедуры, однако разрешение по глубине в значительной степени определяется качеством подготовки поверхности исследуемой мишени. • Измерения выполняются в условиях среднего вакуума (10-5-10-6 торр). • Обработка полученных спектров выполняется с помощью стандартных программ подгонки теоретических модельных спектров к экспериментальным. Точность подгонки определяется точностью табличных значений энергетических потерь ионов в материалах и оказывается не лучше 1%. • Нормирование методов осуществляется регистрацией полного числа ионов, рассеянных исследуемой мишенью. • Оценка степени шероховатости осуществляется на основании сравнительного анализа дифференциальных спектров стандартной и исследуемой поверхностей.

3. Экспериментальный зал и размещение основного оборудования (ускоритель, вакуумный ионо-провод, распределительный магнит, экспериментальные камеры) ионо-пучкового комплекса Сокол-3(Корпус КНГ ИФТТ, помещение “Бункер”) Параметры ионопучкового комплекса Сокол-3 1. Реализуемые пучки ионов: H+, D+, 4He+ 2. Энергетический диапазон: 502000 кэВ 3. Диапазон ионного тока: 0.150000 нА (6.2510831014ион/сек) 4. Размер пятна на мишени: 0.15 мм 5. Вакуум в экспериментальных камерах: (15)10-6 торр 6. Энергетическая стабильность пучка: 0.030.1% 7. Токовая стабильность: 35% 8. Радиационный фон: 0.13 рентген/час

4. Размещение оборудования в камерах, ориентированных на изучение характера рассеяния ионов (а) и исследования свойств вторичных излучений (б) а б

5. Экспериментальные, теоретические, разностные и дифференциальные спектры РОР ионов 4Не+ (E0=1.5 кэВ) для мишени Nb/Si при двух детекторной схеме регистрации рассеяния а - для угла рассеяния 1=167 б - для угла рассеяния 2=125 Толщина пленки Nb t=135.20.7 нм

6. Спектры РОР 4Не+ и угловые сканы для эпитаксиальной мишени Si0.8Ge0.2/Si и до (I) и после (II) термоимплантации Si+ E0=200 кэВ, D=61013 имп/см2, Т=230С Термообработка Термообработка I II I E0=1 МэВ =160Шаг сканирования верхнего Цена канала 1.9 кэВ/канал скана 0.15, нижнего - 0.09. Зафиксирован угол склонения =0.13 (II)

7. Спектры РОР 4Не+ (E0=1.5 МэВ) для многослойной структуры Al2O3/Al/SiO2/Si до и после термообработки диаграмма вариации толщины пленки Al в результате термообработки а. Теоретический () и экспериментальный () 1. Толщина Al пленки до термообработки. (D1=300 нм) спектры РОР 4Не+ до термообработки. 2. Толщина Al пленки после термообработки. б. Сравнение экспериментальных спектров до и (D2=284 нм) после термообработки.3. Величина усадки. (DD=16 нм) =160, цена канала 1.9 кэВ/канал. Пунктиром показана погрешность опред. (dD=1.5 нм)

8. Геометрия измерений для регистрации спектров РОР и ядер отдачи (а). Внизу приведены спектры мишени Si29N43H28, в которую имплантированы атомы галлия. Майларовая пленка перед детектором толщиной 6 мкм обозначена символом М

9. Экспериментально полученная кривая зависимости выхода оптической люминесценции наиболее интенсивной компоненты спектра от времени облучения пучком ионов водорода (Е0=0.9 МэВ). На вставке та же зависимость в логарифмическом масштабе. Время 1 обозначает зону однократного возбуждения комплекса WO4-2 Спектр выхода оптической люминесценции кристалла PbWO4, возбужденного пучком протонов с энергией Е=0.9 МэВ при токе пучка I=10 нА. Время регистрации =720 сек. Диаметр пучка =0.8 мм