Главная > Физика > Основы анализа поверхности и тонких пленок
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

11.7. Получение профилей концентрации с помощью оже-спектроскопии

Оже-электронная спектроскопия используется главным образом для определения состава тонких пленок и слоистых структур в виде функции от глубины. Общеупотребительная схема установки, показанная на рис. 11.8, состоит из электронной пушки, регистрирующей системы на ЦЗА, а также пушкн для ионного распыления. Оже-сигнал формируется в приповерхностной области образца , а ионное распыление обеспечивает послойные срезы, необходимые для анализа образцов по глубине. В лабораторных методиках распределения по глубине изображаются в виде зависимости амплитуды оже-сигнала от времени распыления. Для преобразования времени распыления в глубину, а амплитуды сигнала в концентрацию атомов необходимы дополнительные калибровки. Комбинация спектроскопии обратного резерфордовского рассеяния (RBS) и оже-электронной спектроскопии (AES) весьма полезна при таком исследовании распределения по глубине, так как RBS дает количественную информацию о глубинах и концентрациях большой массы без усложнений, вносимых перемешиванием при распылении. Как уже обсуждалось в гл. 4, ионное распыление вызывает изменение состава в поверхностном слое вследствие поверхностной сегрегации и преимущественного распыления. По сравнению с RBS оже-анализ с послойным распылением дает лучшее разрешение по глубине и чувствителен как к тяжелым, так и к легким элементам.

На рис. 11.14 показаны результаты, полученные измерениями RBS и AES для образца, приготовленного осаждением слоя никеля толщиной 1000 А на (рис. 11.14, а) и отжигом при температуре в течение 30 мин (рис. 11.14, б). В спектрах RBS для свеженапыленного образца сигнал налагается на сигнал от подложки . В спектре AES сигналы и Р имеют сравнимые высоты и могут быть легко разрешены. Длинный хвост сигнала никеля, тянущийся заметно дальше области границы раздела, явно является артефактом процесса распыления, поскольку граница раздела резкая, что можно заключить по заднему краю сигнала никеля в спектре обратного резерфордовского рассеяния. После отжига подложка частично вступает в реакцию с внешним слоем никеля на слое . Слой никеля и прореагировавший слой отчетливо видны в спектре AES, в котором отношение выходов равно . В спектре обратного рассеяния высоты сигналов приблизительно равны, что указывает на величину отношения равную около . Анализ спектров обратного рассеяния дает отношение , равное 0,5, величину весьма отличную от результата, полученного из данных AES для состава, обогащенного фосфором. Источником противоречия, возможно, являются преимущественное распыление и сегрегация. Область чистого никеля в прореагировавшей пленке лучше разрешается с помощью AES благодаря более высокому разрешению этого метода по глубине. Кроме того, AES позволяет определить наличие углерода и кислорода в области границы

Рис. 11.14. Сравнение спектров обратного рассеяния KRBS ионов с энергией 1,8 МэВ (слева) и зависимости AES-снгнала при возбуждении электронами с энергией (справа) пленки никеля толщиной 1000 А, осажденной на подложку сразу после напыления (а); после отжига при температуре в течение 30 мин (б). [A. Appelbaum, частное сообщение.]

раздела (на рисунке не показано), что нельзя сделать с помощью обратного резерфордовского рассеяния.

Одним из преимуществ оже-электронной спектроскопии является ее чувствительность к примесям с малой массой атома, таким как углерод или кислород, которые обычно загрязняют поверхности и границы раздела. Наличие этих загрязнений границы раздела играет разрушающую роль в реакциях в тонких пленках, замедляя взаимную диффузию. Деградация плоскостности тоикопленочных структур вследствие тепловой обработки часто связана непосредственно с этими загрязнениями. Наличие естественного окисла с толщиной около 15 А сразу же проявляется в глубинном профиле AES, показанном на рис. 11.15. Удаление этого естественного

Рис. 11.15. Изменение выхода оже-электронов с глубиной при распылении образца, содержащего область границы раздела пленки напыленной на поликристаллический кремний. 1 — сигнал кислорода в естественном окисле на границе раздела. 2 — предельный уровень регистрации [17].

слоя кислорода является решающим условием формирования тонкого однородного слоя окисла поверх слоев силицида таллия во время термического окисления. Наличие слоя естественного окисла замедляет высвобождение атомов из слоя поликристаллического кремния и приводит скорее к окислению всего слоя силицида таллия, чем к формированию слоя на поверхности. Использование оже-электронной спектроскопии в комбинации с послойным распылением является необходимой предпосылкой достижения чувствительности, позволяющей обнаруживать слои загрязнений, которые препятствуют реакциям в тонких пленках.

Многослойные пленки используются в интегральных схемах и оптических структурах, а также во многих областях физики твердого тела. Естественным приложением оже-электронной спектроскопии с послойным распылением является анализ таких структур.

На рис. 11.16 показаны оже-спектры послойного распыления тонкопленочной многослойной структуры , осажденной на кремниеную под-Ложку. Эта впечатляющая картина демонстрирует возможность оже-электронной спектроскопии в комбинации с распылением давать полуколичественный профиль распределения в многослойной пленке элементов, соседствующих в периодической таблице. Закругленность графиков на верхней части рис. «а» отражает нерегулярность поверхностной топологии, которая развивается во время распыления сканирующим пучком ионов с энергией 5 кэВ (см. гл. 4, а также [3]). В рассматриваемом примере неровность поверхности может быть минимизирована вращением образца (нижняя часть рис. 11.16) во время распыления.

В настоящее время современные научные лаборатории оснащаются целым набором установок для исследования изменения состава образцов с глубиной. Еслн встречается образец, состоящий из ряда слоев или тонких пленок и содержащий неизвестные примеси или загрязнения, то производящий анализ ученый использует весь набор методик, находящихся в его распоряжении. Оже-анализ с послойным распылением часто является отправной точкой первоначальных исследований.

Рис. 11.16. Распределение по глубине спектров AES при распылении многослойной тонкопленочной структуры , осажденной на кремниевую подложку. Верхний слой никеля имеет тощину около 250 А, а другие пленки имеют толщину около 500 А. Распыление выполнялось сканирующим пучком ионов с энергией 5 кэВ при неподвижном (а) и вращающемся (б) образцах. 1 — никель; 2 — хром; 3 — кремний [16].

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление