低速イオンビームエッチングと高分解能RBSによる固体内部の高分解能組成分析

使用慢离子束蚀刻和高分辨率 RBS 进行固体内部高分辨率成分分析

基本信息

批准号：
15760021
负责人：
中嶋薫
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、高分解能ラザフォード後方散乱分光法(高分解能RBS)と低速イオンビームエッチングを組み合わせて、表面下の埋もれた領域を高い深さ分解能で組成分析を行う手法を開発し、積層膜の分析に応用することを目的としている。今年度は、新たに設置した減速型低速高出力イオン銃を使用して、Si(001)基板上に高誘電率(high-K)酸化膜であるHfO_2を成長させた試料にイオンビームエッチングを施すことにより、酸化膜/Si基板の界面の高分解能分析を行った。膜厚10nmのHfO_2を成長させた試料に0.5keVのXe^+イオンを試料表面の法線から測って75°で照射し、イオンビームエッチングを行ったところ、HfO_2膜厚が減少するとともに、HfO_2とSi基板の界面をより高分解能で観察できることが示された。その結果、イオンビームエッチングする前には確認できなかった界面SiO_2層がHfO_2とSi基板の界面に約0.5nmだけ存在していることが観察できるようになった。その原因として、イオンビームエッチングによってHfO_2の膜厚が小さくなるとともに、イオンがHfO_2膜を通り抜ける際のエネルギー損失のばらつき(エネルギーロスストラグリング)が小さくなる効果に加えて、イオンが膜中の原子で多重散乱されることによるイオンのエネルギーの広がりを低減させる効果が大きいことも分かった。また、イオンビームエッチングにより試料に与えられる損傷はHfO_2の膜厚が約3nm以上の範囲で実用上問題ない程度であることが分かった。以上の結果から、高分解能RBSとイオンビームエッチングを組み合わせた手法が、試料内部の分析に有効であることが示された。本研究の成果は、平成17年度に開催される第17回イオンビーム分析に関する国際会議(6月26日-7月1日、セヴィリア市、スペイン)で発表する予定である。

这项研究旨在开发一种将高分辨率的卢瑟福反向散射光谱（高分辨率RB）与慢离子束蚀刻相结合的方法，以在高深度分辨率下对表面下方埋入区域进行组成分析，并将其应用于层压层的分析。今年，通过在样品上通过离子束蚀刻来对氧化物/Si底物之间的界面进行高分辨率分析，在该样品上，使用新安装的慢速慢速，高功率的高电源，高速度的高速离子枪在SI（001）底物上生长了高二电常数。用从正常表面到样品表面测量的0.5 keV Xe^+离子辐照具有10 nm厚的HFO_2的样品，并在75°下受照射，并进行离子束蚀刻。结果表明，HFO_2膜厚度减小，并且可以通过更高的分辨率观察HFO_2和SI底物之间的界面。结果，可以观察到在离子束蚀刻之前无法看到的界面处的SIO_2层仅存在于HFO_2和SI底物之间的界面上的0.5 nm。这就是原因，除了因离子束蚀刻而降低HFO_2的厚度，当离子通过HFO_2膜时，能量损失（能量损失）的变化减小，并且还发现，由于摄像机中离子的多个离子散射而降低了离子散布的效果。还发现，因离子束蚀刻对样品造成的损害实际上没有实际用途，而HFO_2的厚度约为3 nm或更多。以上结果表明，将高分辨率RB与离子束蚀刻结合的方法可有效地在样品内部进行分析。这项研究的结果将在2005年举行的第17届国际离子光束分析会议（6月26日至7月1日，西班牙塞维利亚）。