Диссертация (1150372), страница 18
Текст из файла (страница 18)
В то же время на глубине 2 нм сохраняются70сигналы Ta2O5, Al2O3 и Ta, а сигнал металлического Al отсутствует. Пики Al2O3, Ta и Ta2O5обусловлены материалом пробы и напыленного материала катода, который частично подвергсяокислению на воздухе (доля оксидной формы ожидаемо уменьшается по глубине). Сигналэлементного Al обусловлен менее эффективным распылением Al в сравнении с кислородом воксиде алюминия. Поверхность, таким образом, обогащается Al, что увеличивает еепроводимость.Аналогичные измерения проведены с кратерами на кварце, распыленном в TaКПК.
НаРисунке 10 представлены РФЭС спектры для Ta (а) и Si (б, в), зарегистрированные на разнойглубине. Красные линии соответствуют исходной поверхности кратера, синие — глубине 2 нм,зеленая - глубине 10 нм. Как видно, на исходной поверхности помимо пиков Ta, Ta2O5 и SiO2,детектируется пик элементного Si, который значительно более ярко выражен, чем сигнал Al впредыдущем случае. Сигнал Si сохраняется на глубине 2 нм, и пропадает на глубине 10 нм.Последнее свидетельствует, что сигнал элементного Si не связан с наличием примесей в пробеили восстановлением оксида кремния в ходе ионного травления, а обусловлен селективнымраспылением кислорода в ходе предшествующего травления кварца в тлеющем разряде.а)б)в)Рисунок 10. РФЭС спектры центральной части кратера, полученного при распылении кварца вимпульсном тлеющем разряде с TaКПК (4кГц, 10 мкс, 770 Па, 500 В): a) сигнал Ta4f signals(красным - исходная поверхность кратера, синим – на глубине 2 нм (травление ионнымпучком)); б) сигнал Si2p (красным - исходная поверхность кратера, синим – на глубине 2 нм(травление ионным пучком)); в) сигнал Si2p на глубине 10 нм (травление ионным пучком).В результате исследования поверхности кратера с помощью электронной микроскопииобнаружено, что напыление материала происходит равномерно с образованием структуры,которая и обеспечивает, с одной стороны непрерывную проводимость поверхности, с другой,оставляет открытые участки пробы для распыления.
Сказанное иллюстрирует Рисунок 11, гдепредставлено ЭДС - изображение поверхности кратера системы Al2O3 -TaКПК, рассмотреннойранее. Очевидно, что тантал не образует сплошного слоя, а остаются открытые участки оксидаалюминия, подверженные распылению.71Рисунок 11.
ЭДС карта и спектр центральной части кратера, полученного при распылениисапфира в непрерывном радиочастотном тлеющем разряде в TaКПК (320 Па, 350 В).Аналогичные изображения получены для других систем проба-КПК. Так, в качествепримера на Рисунке 12 приводятся SEM-изображение и ЭДС ЭЗМА спектр (а) исходнойповерхности и (б) центральной части кратера, полученного при распылении кремния в DC PGDв TaКПК (Люмас-30). Как видно из рисунка, в спектре ЭДС ЭЗМА появляются сигналынапыленного слоя тантала, а распыление кремния в КПК сопровождается образованиемнаноразмерной структуры.
Поскольку глубина анализа для ЭЗМА составляет несколько мкм,чувствительности метода оказалось недостаточно, чтобы однозначно установить, являются литонкие нитевидные структуры танталовыми и формируют, таким образом, непрерывнуюпроводящую сетку или содержат тантал, напыленный на образовавшиеся в ходе разрядакремниевые структуры. Однако само образование наноразмерных структур уже приводит куменьшению ширины запрещенной зоны за счет квантовых эффектов.72а)б)Рисунок 12. SEM-изображение и ЭДС ЭЗМА спектр (а) исходной поверхности и (б)центральной части кратера, полученного при распылении Si в DC PGD в TaКПК (Люмас-30).Используя процедуру измерения, описанную выше, с помощью GDOES с 2,5 мм анодом,для большого числа кратеров, полученных в GDOES в разных условиях, исследовано влияниеразличных факторов на толщину проводящего поверхностного слоя. В первую очередьпроведены исследования зависимости толщины проводящего поверхностного слоя от условийразряда и времени распыления.
Исследовались радиочастотный и импульсный разряд в КПК.Результаты определения толщины слоя на образцах кремния, распыленного в RF CuCHC GD вразличных условиях, приведены в Таблице 11. Относительная погрешность используемогоподхода составляет примерно 17%. Как видно из таблицы, толщина напыленного слоя медипрактически не зависит от времени распыления, напряжения и давления. Следовательно, вшироком диапазоне рабочих параметров и времени распыления для данной пары проба-катод73напыляется некая постоянная масса материала катода, которая соответствует измеряемойтолщине слоя.
Значение этой толщины, по-видимому, определяется количеством необходимогопроводящего материала, достаточным для формирования достаточной проводимости.Таблица 11. Толщина поверхностного слоя Cu на кремнии для различных условий разряда ивремени распыления при его формировании в RF GD с CuКПК в GDOES.
Измерение толщиныпроводили с помощью GDOESДавление (кПа) Напряжение (В) Сила тока (мА) Время распыления (с) Толщина слоя (нм)0,32350833006,40,45350911702,10,45350913001,90,61350943101,50,61350924601,70,614001113101,80,615001432901,90,616001693001,60,7735093301,50,7735094701,40,77350951401,50,77350952901,40,77350924001,60,77350934601,10,774001122901,60,774001153601,60,775001433001,60,964001121501,80,964001113001,20,965001452851,50,966001693171,50,967001893001,60,968002083001,11,24350972901,41,82350973500,8Проведены исследования толщины проводящего поверхностного слоя для различныхматериалов вспомогательного катода и пробы. В соответствии с Таблицей 12, толщина слояожидаемо увеличивается с уменьшением проводимости пробы.
Также она увеличивается в рядуAl-Cu-Ta, что может быть связано с массой этих элементов, которая определяет глубинупроникновения бомбардирующих частиц в кристаллическую решетку пробы. По-видимому,большая глубина проникновения и обусловливает большую стабильность разряда для TaКПК.74Для DC PGD толщина слоя больше, чем для RF GD. Это связано с необходимостьюкомпенсировать поверхностный заряд, а также с усилением напыления в послесвечении.Таблица 12.
Толщина поверхностного слоя (нм) для различных материалов пробы иКПКAl КПКCu КПКTa КПКвспомогательного катода в GDOESRF GDSi1,01,62,0SiC3,03,8Al2O33,55,3DC PGDSi2,64,06,7Больший интерес представляет провести аналогичные измерения для DC PGD режима смасс-спектральной регистрацией. Это намного сложнее осуществить, поскольку сразу 5параметров (вместо 3) должны варьироваться. Поэтому для импульсной системы ограничилисьнесколькими измерениями.
В этом случае измерение толщины проводили с помощью РФЭС сионным травлением и за эффективную толщину приняли глубину травления, на которойинтенсивность сигнала материала катода уменьшалась в е раз. На Рисунке 13 представленыпрофили распыления поверхности кратера, полученного при распылении кремния в DC PGD cAlКПК в течение различных промежутков времени (от 12 с до 10 мин).Рисунок 13. Зависимость толщины поверхностного слоя Al на поверхности кремния от временираспыления в DC PGD c AlКПК в GDMS.
Измерение толщины проводили с помощью РФЭС.Как видно слой формируется меньше, чем за 1 минуту и далее его толщина не зависит отвремени распыления. Сама толщина опять же определяется парой проба-катод, и сохраняются75тенденции, обнаруженные для радиочастотного разряда (см. Таблицу 13). Полученныезначения толщины слоя несколько больше аналогичных значений, определенных GDOESметодом.
Это связано с тем, что в последнем случае определялась толщина, которую составилабы пленка материала вспомогательного катода, если была бы сплошной. В действительностиже, согласно исследованиям поверхности кратеров методом РФЭС, содержание материалакатода на поверхности пробы обычно не превышает 50 ат. % и экспоненциально падает поглубине слоя.Таблица 13. Толщина поверхностного слоя (нм) для различных материаловпробы и вспомогательного катода в GDMSКПКDC PGDSiSiCAl2O3Al КПК1216-Cu КПК1822-Ta КПК253020Рисунок 14 показывает динамику формирования поверхностного проводящего слоя насапфире в TaКПК в радиочастотном и импульсном разряде. Использовался спектрометр GDA650.(а)(б)Рисунок 14.
Зависимость интенсивностей линий от времени распыления для пробы Al2O3 (1,85мм) в TaКПК. Образование слоя Ta необходимой толщины. (а) – в RF GD, (б) - в DC PGD.Как видно, на начальном этапе происходит напыление слоя необходимой толщины иплотности и далее резко возрастает аналитический сигнал, поскольку распыление идетаналогично проводникам. В радиочастотном разряде, этот предварительный этап носитзначительно более стабильный характер, в отличие от импульсного. Второй этап (после скачка)в DC PGD протекает аналогично RF GD, но со значительно большими интенсивностямисигнала, что еще раз подтверждает преимущество использования DC PGD в КПК. Вимпульсном разряде сформировать устойчивый поверхностный слой удается не всегда и76требуется тщательный подбор параметров разряда, особенно давления. Этот момент особеннопроявляется в масс-спектральном варианте, поскольку оптимальное давление разрядного газа вэтом случае существенно меньше необходимого для эффективного формирования проводящегослоя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
