163580. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagytisztaságú fémek, félvezetők és kristályos anyagok vékony és nagyon vékony rétegei szennyeződéseloszlásának meghatározására aktivácíós analitikai úton
163580 3 4 ideje 2,65 óra, míg a leggyakoribb szennyezőanyagok, mint az Au, Cu, Na, P, As, Sb, gamma- és béta-sugárzó izotópjainak felezési ideje többszöröse a hordozó anyagénak. Eddigi módszerünk is lehetővé tett bizonyos szennyeződéseloszlás-mérést. A szilíciumnál pl. a besugárzott mintáról kémiai maratással rétegeket távolítottunk el és néhány mikrogramm pontosságú súlyméréssel a lemart réteg mennyiségét meghatároztuk. A mintán ismételten végzett mérésekkel a szennyeződéseloszlására elfogadható pontosságú adatokat kaptunk. E módszerünk azonban nem biztosította pl. egy 1000 Á vastagságú szilícium-dioxid-réteg szennyeződéseloszlásának a vastagság mentén 10 rétegben történő meghatározását, ahol az egyes rétegek súlya néhány mikrogramm/cm2 és az adszorpciós rétegek Változó volta miatt a súlymérés nem alkalmazható. A kémiai maratás mint rétegek leválasztási módja, éppen az inhomogén szennyeződést! mintáknál a lemart vastagság becslésére alkalmas, de a mérési adatok kiértékelésének alapjául nem szolgálhat. Jelen találmány szerinti eljárásainknál a vizsgálandó anyagban homogén ismert vagy általunk meghatározott eloszlásában kedvező nukleáris sajátságú, nagy neutronbefogási hatáskeresztmetszetű és jól detektálható sugárzású szennyezőanyagot viszünk be a besugárzást megelőzően, célszerűen valamely ötvözési, diffúziós, vagy implantációs technológiai lépéssel egyidejűleg, vagy külön művelettel olyan koncentrációban, mely az anyagból készült eszköz funkcionális sajátságait nem, vagy csak kismértékben befolyásolja, vagy kedvező esetben magának a vizsgálandó anyagnak egy aktíválható izotópját, esetlegesen egy komponensét kiválasztva a mintán besugározzuk, majd kémiai maratással a kívánt rétegeket leválasztjuk és aktivitásméréssel a leválasztott anyag mennyiségét meghatározzuk. A szennyezőanyagok mennyiségét a leválasztott réteg anyagának vagy a maradék anyagának mérésével egyidejűleg vagy időben elkülönítve a mérendő szennyeződéseknek megfelelő időpontban mérjük. A mérési adatokból számítógépes program alapján számítjuk mind a leválasztott réteg vastagságát, mind annak szennyezőanyag-tartalmát. A gamma-spektrumok mérésére célszerűen Ge/Li/ félvezető detektort és hozzácsatolt sokcsatornás amplitúdó analizátort alkalmazunk. A béta-sugárzás mérésére félvezető detektor vagy végablakos GM csövet és hozzá csatlakozó mérőberendezést használunk. A méréseknél alkalmazzuk az izotóptechnika szokásos hígítási, elválasztási módszereit, ha a mérendő aktivitás túl nagy, vagy a mérést valamely szennyező aktivitás zavarja. Eljárásunkat példaként szilícium- és gallium-arzenid szennyeződéseloszlásának mérésére mutatjuk be. /. sz. példa Ionimplantációs technikával készült szilícium-nitrid maszkoló, ül. szigetelő rétegű térvezérlésű félvezetőeszköz szennyeződéseinek eloszlását mérjük, amikoris a hordozó anyag szilícium. A nitrid maszkolóréteget, melynek vastagsága 1500 A, a szilícium—31, a szilícium hordozóanyagot a diffúziós eljárások során a kristályba bevitt aranyszennyező ismert eloszlása alapján határozzuk meg. A félvezetőeszköz előállítási műveleteinek egyes fázisaiból kivett mintákat, a kristályszeletet vagy annak egy darabját, atomreaktorban termikus neutronfluxusban 36 órán át besugározzuk, majd mintegy egy órányi manipulálás után a felületi nitrid-réteget 48%-os hidrogénfluoridban több rétegben lemaratjuk. Az egyes oldatokat polipropilén mérőedénybe töltve Ge/Li/ félvezető érzékelővel ellátott gammaspektrométerrel mérjük. A szilícium-nitrid teljes lemaratása után a szilíciumot 1:4:9 arányú hidrogén-fluorid, ecetsav, salétromsavi oldatban maratjuk a megkívánt vastagságú rétegekre. A lemart anyagot tartalmazó oldat aktivitását a fentiek szerint mérjük. A kapott aktivitásadatokat felhasználva számítógépes program alapján értékeljük a lemaratott rétegek vastagságát. Az egyes rétegekben levő szennyeződéseket a szokásos módon gamma- és béta-spektrometriásan mérjük és értékeljük. 2. sz. példa Gallium-arzenid félvezető rétegenkénti szennyeződéseloszlását az előzőleg felaktívált minta 15 rész 30%-os H2 0 2 , 70 rész cc. H 2 S0 4 és 15 rész desztillált víz összetételű maró oldattal történő szétoldásával végezzük, majd az eloldott anyag mennyiségét és jelen esetben egyidejűleg a sztöchiometriai arányt is a 14,3 ó felezési idejű gallium-72, ül. 26,5 ó felezési idejű arzén—72 gamma-spektrometriás mérése alapján számítjuk. Mivel a lemart rétegben levő csekély mennyiségű szennyezők meghatározását általában zavarja a jelenlevő relatíve nagymennyiségű Ga és As, ez utóbbi elemeket ioncserélő gyanta-oszlopon történő kémiai elválasztással, vagy oldószeres extrakcióval eltávolítjuk. Szabadalmi igénypontok 1. Eljárás nagy tisztaságú fémek, félvezetők és kristályos anyagok vékony és nagyon vékony rétegeiben a szennyező anyag eloszlás és a réteg sztöchiometriai összetételének neutronaktivációs analízisére, oly módon, hogy a neutronokkal aktívált, vizsgált minta szennyezőket tartalmazó rétegét több részletben maratással leválasztjuk, majd a leválasztott anyag vagy a minta visszamaradt részének aktivitását mérjük gamma-spektrometriásan, illetve béta-méréssel, azzal jellemezve, hogy a neutron aktiválást megelőzően homogén vagy előzetesen meghatározott ismert eloszlású anyagot viszünk be pl. diffúzióval a vizsgált rétegbe, majd a leválasztott anyag mennyiségét a minta felaktívált komponensének aktivitás mérésével határozzuk meg, a leválasztott vagy a visszamaradt hordozóban levő szennyeződések mérésekor, vagy azt megelőzően, illetve azt követő időpontban. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a vizsgált réteg leválasztott részleteinek mennyiségét, vagy hígítás vagy kémiai elválasztás és a gamma-spektrometriás meghatározást zavaró sugárzást létrehozó anyagok teljes vagy részbeni elkülönítése után mért aktivitás értékekből határozzuk meg. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
