ナノメートル薄膜の膜厚、密度、組成などに関する計量学的計測に関する研究

纳米薄膜厚度、密度、成分等计量测量研究

基本信息

批准号：
05F05614
负责人：
小島勇夫
金额：
$ 1.54万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05F05614/
关键词：
ナノ薄膜 X線反射率斜入射X線吸収分光放射光応用X線光電子分光

项目摘要

放射光X線を用いた薄膜の精密評価手法を開発する。X線反射率法などX線波長を基準として薄膜の膜厚を正確に決定することが可能である。しかし、実際の薄膜は厚さ方向に組成や密度が変化するために、正確な測定は容易でない。放射光を用いることにより、波長を変えて薄膜の吸収スペクトルや反射スペクトルを得ることが可能であるため、薄膜の深さ方向の構造を実験室測定よりより多くの情報を得ることができる。本研究では、放射光X線応用計測とともに実験室レベルの計測技術評価技術および精密薄膜作製技術を同時に進めることにより、ナノオーダーの薄膜・多層膜標準に直結する研究開発を行うことを目的とした。本年度は、作製した高精度試料台を用いて放射光による底角入射測定を継続するともに、前年度において半導体デバイスで重要なHigh-k薄膜(HfO2系の薄膜)を測定したが、エネルギー軸の校正に必要なデータが不足していたためそれらについて測定を追加した。また、新たに数十nm深さ方向に濃度分布のある試料の測定も試みた。具体的には、(1)エネルギー可変X線光電子分光による膜厚を変えたHfO2薄膜の測定においてエネルギー軸を校正するための測定を行い、光電子脱出深さを求めるのに必要なデータを得た。(2)HfO2薄膜のX線吸収スペクトルの解析を行い深さ方向の微細構造について検討を行った。X線吸収スペクトルは、入射角が0.1°程度ではX線は最表面で反射するため表面近傍の情報が得られる。入射角が臨界角を超えるとX線は内部に侵入し、基板界面での反射が影響するようになる。このように深さ方向について微細な分布が非破壊で分かるようになった。(3)X線吸収法により極浅イオン注入した試料の測定を行った。HfO2膜で示されたと同様、深さ方向について濃度分布の違いが観測でき、注入元素による局所的な結晶構造変化が見いだされた。

使用同步辐射 X 射线开发薄膜的精确评估方法。使用X射线波长作为参考，例如通过使用X射线反射法，可以精确地确定薄膜的厚度。然而，由于实际薄膜的成分和密度在厚度方向上发生变化，因此精确测量并不容易。利用同步加速器辐射，可以通过改变波长来获得薄膜的吸收光谱和反射光谱，因此可以比实验室测量获得更多有关薄膜深度方向结构的信息。在这项研究中，除了同步加速器X射线应用测量之外，我们的目标是通过同时推进实验室级测量技术评估技术和精密薄膜制造技术，进行直接导致纳米级薄膜和多层膜标准的研究和开发.本财年，我们将继续使用我们创建的高精度样品台，使用同步加速器辐射进行基角入射测量。此外，我们还测量了在半导体器件中很重要的高 k 薄膜（HfO2 基薄膜），由于校准所需的数据不足，因此对其进行了测量。我们还尝试测量深度方向上浓度分布为数十纳米的样品。具体来说，(1)使用可变能量X射线光电子能谱测量不同厚度的HfO2薄膜时进行测量以校准能量轴，并获得确定光电子逃逸深度所需的数据。 (2)分析了HfO2薄膜的X射线吸收光谱并研究了深度方向的精细结构。在X射线吸收光谱中，当入射角约为0.1°时，X射线在最外表面反射，因此可以获得表面附近的信息。当入射角超过临界角时，X射线穿透内部并在基板界面处反射。通过这种方式，现在可以非破坏性地看到深度方向上的微小分布。 (3)采用X射线吸收法对超浅层离子注入样品进行测量。与 HfO2 膜类似，观察到深度方向上浓度分布的差异，并且发现由于注入元素而导致局部晶体结构的变化。