Исследование границ раздела фаз в периодических многослойных структурах Mo/Si с использованием метода масс-спектрометрии нейтральных частиц

Abstract

Исследованы многослойные периодические структуры Мо/Si методами малоугловой рентгеновской дифракции, атомно-силовой микроскопии и масс-спектрометрии постионизированных нейтральных частиц. Из спектров дифракции рентгеновских лучей определены скорости нанесения слоёв при различных технологических условиях. Моделирование спектров дифракции многослойных структур и сопоставление их с экспериментальными результатами показали, что на границах раздела фаз формируется силицид молибдена. Измерения распределения примесей по толщине подтвердили наличие слоёв силицида на границе раздела фаз, а также обнаружили слои оксидов; проведены оценки толщин последних. Найдены оптимальные режимы распыления структур при послойном примесном масс-спектрометрическом анализе, которые позволили получить разрешающую способность метода по глубине не хуже 1,0 нм при профилировании до глубины 100 нм. Показано, что разрешение этого метода ограничивается формой и шероховатостью дна кратера при ионном травлении и зависит от энергии ионов плазмы и режимов травления.

Досліджено багатошарові періодичні структури Мо/Si методами малокутової Рентґенової дифракції, атомово-силової мікроскопії та мас спектрометрії постйонізованих нейтральних частинок. Зі спектрів дифракції Рентґенових променів визначено швидкості нанесення шарів при різних технологічних умовах. Моделювання спектрів дифракції багатошарових структур і порівняння їх з експериментальними результатами показали, що на межах поділу фаз формується силіцид молібдену. Міряння розподілу домішок по товщині підтвердили наявність шарів силіциду на межах поділу фаз, а також виявили шари оксидів; проведено оцінки товщин останніх. Знайдено оптимальні режими розпорошення структур при пошаровому домішковому мас-спектрометричному аналізі, які уможливили одержати роздільчу здатність методи по глибині не гірше, аніж 1,0 нм, для глибин профілювання до 100 нм. Показано, що роздільча здатність цієї методи обмежується формою та шорсткістю дна кратеру при іонному розпорошенні і залежить від енергії іонів плазми та режимів розпорошення.

The Mo/Si multilayer periodic structures are investigated by a small-angle X-ray diffraction, atomic-force microscopy, and secondary neutral mass spectrometry. The deposition rates of layers at different process conditions are determined from X-ray diffraction spectra. Simulation of the diffraction spectra of multilayered structures and their comparison with experimental results show that molybdenum silicide is formed at interfaces, whose thickness depends on the technology of the layer deposition and the layering order. A measurement of the impurity depth distribution is confirming a presence of the silicide layer at the interfaces. Oxides’ layers are revealed too, and an estimation of their thickness is carried out. The optimum modes of the layered-structure sputtering for the mass-spectrometry analysis are determined, which gave a depth resolution of the method not worse of 1.0 nm for a 100 nm profiling depth. As shown, the resolution of this method is limited by the shape and roughness of the crater bottom at ion etching, and depends on the plasma energy and ion etching regimes.