Вопросам анализа поверхности и приповерхностных слоев, изучению качественного и количественного состава и микроморфологии поверхностей раздела фаз, которые стали предельно актуальными с совершенствованием современной технологии в основных областях промышленности, на протяжении последних 20 лет посвящено огромное количество специализированных статей и обзоров. По данным, представленным в предлагаемой вниманию читателей коллективной монографии под редакцией Д. Бриггса и М. Сиха, в 1982 г. в мире насчитывалось уже более 1000 действующих аналитических и ЭСХА-спектрометров, использовавшихся в 30 индустриально развитых странах для решения весьма широкого комплекса задач. Они включают как простейшие задачи — установление локального качественного и количественного элементного состава поверхности с переходом к изучению распределения в глубину (в слоях толщиной до 10 нм), так и все более усложняющиеся — изучение характеристик химической связи, определение точных параметров мест вхождения изучаемых атомов или ионов в кристаллическую структуру и получение данных по однородности и состоянию адсорбатов — монослоев и островковых.
Результаты, получаемые методами оже- и ЭСХА-спектрометрии, в настоящее время необходимы для контроля производства в таких решающих отраслях промышленности, как, например, электронная и электротехническая, приборостроение, прецизионная металлургия, производство композитных материалов — при анализе тонких пленок, распределения легирующих примесей, однородности адгезии, при выявлении природы центров коррозии и т. п. Данные, получаемые с помощью рассматриваемых в монографии методов, приобретают все большее значение и в ряде других областей науки и техники, обеспечивая пространственное разрешение до 1 нм при чувствительности 1 • 10~6 и предоставляя количественную информацию как об элементном составе по
поверхности и глубине, так и по значительному числу химических характеристик.
Роль и значение рассматриваемых методов заведомо будут возрастать в связи с ожидаемым в 1990-х годах достижением предельной плотности интеграции СБИС и микропроцессоров, допускаемой в господствующей сейчас планарной технологии. Дальнейшее повышение плотности интеграции и быстродействия возможно в первую очередь за счет создания и совершенствования трехмерной вертикальной технологии, включая разработку и реализацию устройств молекулярной электроники. Во всех этих случаях определяющим явится точное знание требуемых особенностей локальной структуры в процессе создания сверхбыстродействующих сверхплотноупакованных супермик-ромодулей грядущей нанометровой интегральной микрооптоэлектроники, обеспечиваемой, в частности, методами, рассматриваемыми в данной книге.
К сожалению, несмотря на высокую информативность и неуклонно расширяющееся применение этих методов, в литературе до сего времени не имелось монографии учебно-справочного характера, рассчитанной на инженера-физика или химика, не получившего специальной подготовки. Сказанное сделало создание подобного руководства необходимым, а его появление — весьма своевременным.
Редакторы коллективной монографии и авторы большинства статей предлагаемой советскому читателю учебно-справочной коллективной монографии, д-р Д. Бриггс из исследовательского центра фирмы "Импириэл кемикл инда-стриз" и д-р. М. Сих из Национальной физической лаборатории в Теддингто-не, хорошо известны широкому кругу специалистов как высокоавторитетные ученые, давно и успешно работающие в данной области. Им вполне удалось создать руководство, содержащее совокупность методических и справочных данных, использование которых обеспечивает возможность результативной самостоятельной работы.
В первых пяти главах излагаются необходимые методические основы, гл. 6 — 10 посвящены практическому использованию разработанных методов, а в приложениях содержатся необходимые для работы дополнительные данные, в том числе протабулированы все известные данные по энергиям линий оже-спектров и аналитической чувствительности ЭСХА для отдельных элементов и соединений. По полноте информации соответствующие таблицы, которые содержат данные, опубликованные вплоть до 1982 г., уникальны.
Книга будет полезна физикам и химикам, занимающимся исследованиями поверхности с применением ЭОС и ЭСХА, как практическое руководство по применению этих методов.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисповие редакторов перевода....................... 5
Предисловие..................................... 9
Глава 1. Перспективы анализа поверхности и границ раздела
(М.р. Сих, Д. Бриггс)..................._-.......11
1.1. Введение................................. 11
1.2. Основные сведения о методах применения электронных пучков для исследования поверхности твердых тел..... 14
1.2.1. Электронная оже-спектроскопия..............14
1.2.2. Другие методы..........................П
1.3. Основные сведения о методах применения пучков фотонов для исследования поверхности твердых тел ...........18
1.3.1. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия .... 18
1.3.2. Другие методы..........................20.
1.4. Основные сведения о методах применения ионных пучков
для исследования поверхности твердых тел........... 21
1.5. Заключение................................ 23
Литература.................................. 26
Глава 2. Оборудование (Дж. К. Ривьвр).................... 29
2 Л. Введение.................................. 29
2.2. Вакуумные условия........................... 29
2.2.1. Системы СВВ.......................... 30
2.3. Подготовка и установка образца.................. 39
2.3.1. Подготовка образца...................... 39
2.3.2. Введение образца в спектрометр............. 44
2.3.3. Подготовка образцов вакууме............... 47
2.3.4. Управление положением образца.............. 63
2,.4. Источники..................................66
2.4.1. Источники рентгеновского излучения........... 66
2.4.2. Источники электронов..................... 76
2.4.3. Ионные источники........................ 83
2.5. Электронные энергоанализаторы................... 90
2.5.1. Требования к энергетическому разрешению.......91
2.5.2. Анализатор с задерживающим полем (АЗП)....... 93
2.5.3. Анализатор типа цилиндрическое зеркало (АЦЗ) .... 95
2.5.4. Полусферический концентрический анализатор (ПСА) 101 Литература....................................105
Глава 3. Интерпретаций спектров (Д. Бриггс, Дж.К. Ривьер) ... 107
3.1. Введение..................................107
3.2. Терминология.............................. 107
3.2.1. //-связь.............................. 108
3.2.2. LS-связь..............................109
3.3. Спектр вторичных электронов, возбуждаемый электронным
ударом................................... 112
3.3.1. Спектры оже-электронов................... 113
3.4. Рентгеновские фотоэлектронные спектры............131
3.4.1. Первичная структура..................... 131
3.4.2. Информация, получаемая из первичной структуры спектров..............................139
3.4.3. Вторичная структура спектров............... 147
3.4.4. Угловые эффекты........................153
3.4.5. Спектры, зависящие от времени.............. 157
Литература................................... 157
Глава 4. Послойный анализ (С. Хофман).................... 160
4.1. Введение.................................. 160
4.1.1. Неразрушающие методы анализа . . ........... 160
4.1.2. Разрушающие методы......................161
4.2. Практическое использование послойного анализа с ЭОС и РФЭС.................................... 162
4.2.1. Требования к вакууму..................... 162
4.2.2. Ионная пушка.......................... 163
4.2.3. Способы проведения анализа................ . 164
4.3. Количественная интерпретация данных послойного анализа 165
4.3.1. Калибровка скорости распыления [ г =7(01...... •"'б
4.3.2. Калибровка шкалы концентраций^ с = 7 (/)]........168
4.4. Сравнение профиля концентраций, возникающего при распылении, с первоначальным профилем концентраций: понятие разрешения по глубине.........................172
4.4.1. Разрешение по глубине.................... 172
4.4.2. Факторы, ограничивающие разрешение по глубине . . 178
4.4.3. Суперпозиция различных эффектов, влияющих на разрешение по глубине...................... 185
4.5. Специальные методы послойного анализа.......k, . . . 186
4.5.1. Изменение угла регистрации эмитированных электронов и использование зависимости глубины выхода электронов от энергии.................... 187
4.5.2. Проведение послойного анализа на краю кратера травления с помощью СОМ с использованием границ кратеров..............................190
4.5.3. Послойный анализ с использованием шаровых шлифов
и СОМ............................... 191
4.6. Построение профилей концентрации с помощью алгоритма обратной свертки при послойном анализе с использованием ионного травления............................193
4.7. Заключение................................ 198
Литература...................................
Глава 5. Количественная оже-э'пектронная и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (М.Л. Сих)............
5.1. Введение.................................
5.2. Количественный анализ с помощью ЭОС в случае однород
199
203 203
ных бинарных твердых тел...................... 204
5.2.1. Основные соображения................... . 204
5.2.2. Измерение интенсивности.................. 213
5.3. Количественный анализ с помощью РФЭС в случае однородных бинарных твердых тел......................221
5.3.1. Основные соображения.................... 221
5.3.2. Измерение интенсивности и банки справочных данных 228 5.4. Количественный анализ состава образцов с тонкослойными
236 239 241
**** " покрытиями .....'......................
5.5. Количественная оценка результатов послойного анализа .
Литература..................,................
Глава 6. Применение ЭОС в микроэлектронике (P.P. Опсон,
244
П.В. Папмберг, С.Т. Ховланд, Т.ь. ьреди).........-,,
6.1..Введение.................................., 244
6.2. Технология изготовления полупроводниковых ИС.......
6.2.1. Оценка качества исходного материала ..........
6.2.2. Окисление..............................
6.2.3. Фотолитография, нанесение рисунка схемы и удаление фоторезиста............................
6.2.4. Химическое или плазменное травление.......... 248
6.2.5. Легирование диффузией или ионной имплантацией . . . 248
6.2.6. Системы металлизации.....................
6.2.7. Химическое осаждение из газовой фазы и плазменное осаждение.......................:....
6.2.8. Герметизация и прикрепление кристалла .. i ......
6.3. Другие области микроэлектронной технологии..........
6.4. Заключение.................................
Литература ....................................
Глава 7. Оже-спектроскопия в металлургии (М.Л. Сих)..........
7.1. Введение..................................
7.2. Характеристика сегрегации.....................
7.2.1. Измерения на границах зерен................
245
.245
247
248
249
261 267 267 268 269 277 277 283 284
7.2.2. Измерения на свободной поверхности.......... 292
7.3. Теория сегрегации.................i......... 294
7.3.1. Теория поверхностных и зернограничных сегрегации
в двойных системах Ленгмюра — Маклина....... 295
7.3.2. Изменение свободной энергии зернограничных сегрегации дС ь в двойных системах.............. 296
7.3.3. Изменение свободной энергии сегрегации на поверхности в двойных системах.................... 298
7.3.4. Конкуренция мест в кристаллической решетке в простых тройных системах.................... 299
7.3.5. Более сложные двойные системы............. 300
7.3.6. Сегрегация в тройных системах.............. 302
7.3.7. Кинетика сегрегации..................... 303
7.4. Влияние материала на сегрегацию................. 306
. 7.4.1. Сегрегации и основные параметры материала..... 306
7.4.2. Отпускная хрупкость..................... 309
7.4.3. Коррозионное растрескивание под напряжением ... 311
7.4.4. Растрескивание при отжиге для снятия напряжений и охрупчивание при ползучести................ 312
7.5. Заключение................................ 313
Литература................................... 313
Глава 8. Применение электронной спектроскопии в гетерогенном
катализе (Т.Л. Барр) 318
8.1. Введение.................................. 318
8.1.1. Краткий обзор исследований катализа методами
электронной спектроскопии, проведенных до 1975 г. 321
8.2. Основы электронной спектроскопии применительно к изучению катализа............................... 323
8.2.1. Введение............................. Щ
8.2.2. Обзоры по энергиям связи и интенсивностям линий 324
8.2.3. Новые методы и катализ................... 326
8.2.4. Хемосорбция и фундаментальные исследования катализа............................. 333
8.3. Электронная спектроскопия и прикладной катализ...... 334
8.3.1. Современные обзоры..................... 334
8.3.2. Проблемы и методы использования электронной спектроскопии в катализе.................. 336
8.3.3. Катализ на платиновых металлах............. 342
8.3.4. Цеолиты: каталитический крекинг и другие процессы 365
8.3.5. Кобальт-молибденовые катализаторы: обессеривание 375
8.4. Заключение.................'............... 392
Литература....................................394
Глава 9. Применение РФЭС в технологии полимеров ( Д. Бриггс) 402
9.1. Введение.................................. 402
9.2. Работа с образцами............................402
9.3. Аппаратура................................. 404
9.4. Спектральная информация....................... 405
9.4.1. Эффективная толщина анализа образца (информационная глубина).......................... 405
9.4.2. Энергии внутренних уровней................. 406
9.4.3. Сателлиты электронной "встряски" (shake-up) 408
9.4.4. Фотоэлектронные спектры валентных оболочек .... 409
9.4.5. Образование производных соединений для пометки функциональных групп..................... 409
9.5. Сравнение РФЭС с другими методами............. 411
9.6. Применение РФЭС в задачах анализа поверхности полимероЕ 413
9.6.1, Некоторые общие положения................. 413
9.6.2. Модификация поверхности полимеров........... 418
9.7. Заключение................................. 437
Литература....................................438
Гпава 10.Применение оже-эпектронной и фотоэлектронной спектроскопии в исследованиях коррозии (Н.С. Макинтайр) .... 444
ЮЛ. Введение................................. 444
10.2. Особенности применения РФЭС и ЭОС для исследования
коррозии.................................. 446
10.2.1. Чувствительность анализа поверхности........ 446
10.2.2. Чувствительность к элементному составу...... 447
10.2.3. Количественный анализ...................448
10.2.4. Пространственное разрешение.............. 452
10.2.5. Профилирование по глубине............... 454
10.2.6. Экспериментальные методы............... 455
10.2.7. Химические эффекты................... 457
10.3. Обзор работ по применению РФЭС и ЭОС в исследованиях
коррозии................................ 464
10.3.1. Легкие металлы...................... 464
10.3.2. Металлы первого ряда и их сплавы.......... 464
10.3.3. Тяжелые металлы..................... 472
10.3.4. Органические покрытия.................. 472
10.4. Заключение............................'• • • 473
Литература................................... 475
Приложение 1. Калибровка спектрометров (М.Т.Энтони)....... 480
П.1Л. Калибровка РФЭС-установок ........... 480
ПЛ.2. Калибровка ЭОС-установок............ 483
Литература.......................... 487
Приложение 2. Методы учета статической зарядки (П. Свифт,
Д. Шатлуорс, М.П. Сих)................... 488
П.2.1. Введение .......... 488
П.2о2. Примесные поверхностные слои........... 489
П.2.3. Напыленные поверхностные слои.......... 491
П.2.4. Смеси................... 492
П.2.5. Внутренние стандарты ................ 493
IL2.6. Низковольтная компенсирующая электронная
пушка.......................... 494
Литература........................... 495
Приложение 3. Обработка данных в рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (П.М.А. Шервуд)........... 497
П.ЗЛ. Введение ........................ 497
П.3.2. Системы сбора данных............... 497
П.3.3. Простые операции с данными ........... 500
П.3.4. Сглаживание ..................... 502
П.3.5;. Анализ сложных спектров ............ 507
П.3.6» Вычитание фона .................. 519
П.3.7. Разностный спектр .................. 522
П.З.8. Заключение ....................... 526
Литература........................... 528
Приложение 4. Сводка данных по энергиям оже-эпектронов, фотоэлектронов и оже-параметрам (К.Д. Вагнер)......530
Литература............................ 557
Приложение 5. Эмпирические факторы элементной чувствительности
для РФЭС............................ 563
Приложение 6......................................567
Приложение 7..................................... 572
Приложение 8. Кинетические энергии оже-эпектронов: экспериментальные данные из спектров при рентгеновском возбуждении (К.Д. Вагнер).................... 574
Литература ............................ 579
Именной указатель....................... 581
Указатель химических соединений................... 586
Предметный указатель....................... 589
Цена: 500руб.
