WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Преимуществом данного прибора является возможность измерения интенсивностей исследуемого рентгеновского излучения на нескольких длинах волн одновременно за одно сканирование. Угловое разрешение прибора составляет 0,7. Угловая ширина рентгеновского луча в плоскости падения может изменяться путем коллимации в пределах b от 10 до 0,5. Здесь и далее – угол скольжения рентгеновского луча, а r и r – коэффициенты отражения для линий CuK и CuK.

Рефлектометрические измерения проводились по схеме -2 при =1. При рефрактометрических измерениях образец облучается b через боковой торец в направлении к внешней поверхности при постоянном угле скольжения, а детектор вращается вокруг оси на угол до 2. В качестве источника используется трубка БСВ-21 с медным анодом и видимой проекцией фокусного пятна на аноде 0,028 мм.

Мощность рентгеновской трубки 280 Вт. Охлаждение источника излучения осуществляется системой замкнутого водяного охлаждения.

В качестве детекторов использовались сцинтилляционные детекторы с люминофором NaI:Tl. Толщина сцинтиллятора оптимизировалась под характеристическое излучение меди. Уровень темнового шума детекторов составлял 0,05 имп/с. Полупрозрачными монохроматорами из пиролитического графита (угол мозаичности – 0,5°) из спектра отраженного излучения выделялись одновременно спектральные линии CuK, CuK.

Во время рефлектометрических исследований для решения обратной задачи при определении параметров пленок использовался генетический алгоритм. В основе генетического алгоритма лежит метод случайного поиска. В общем виде генетический алгоритм оперирует объектами, именуемыми особями, свойства которых однозначно определяются последовательностью генов, иначе говоря, генотипом.

Каждый ген отвечает за какое-либо свойство особи. Конечная цель генетического алгоритма достигается, когда найдена последовательность генов, обеспечивающая максимальную приспособленность особи (в случае решения обратной задачи рентгеновской рефлектометрии означает нахождение глобального минимума выбранного функционала невязки).

Основой компьютерного моделирования отражения рентгеновского луча от многослойной структуры в настоящей работе является рекуррентное соотношение, предложенное Пэрреттом [2]. Учет диффузионного размытия границ раздела проводился по методу, предложенному в работе [3]. При расчетах использовались табличные значения рентгенооптических констант [4].

Исследованные образцы были получены путем магнетронного распыления никеля на кремниевые подложки. Для получения силицида никеля образцы отжигались в атмосфере азота при 450°C в течение минут. Для получения дисилицида никеля образцы силицида отжигались в атмосфере азота при 750°C в течение 30 минут.

Практика обработки экспериментальных данных при помощи генетического алгоритма в настоящей работе показала, что использование при расчте данных только от одной длины волны рентгеновского излучения (например, излучения линии CuK), может привести к ошибке, так как полученные параметры не дают удовлетворительного совпадения при проверке на другой длине волны.

Это может быть обусловлено попаданием алгоритма в один из локальных минимумов выбранного функционала невязки. Напротив, использование при расчете данных отношения для двух длин волн позволяет с максимальной точностью выявить параметры исследуемой структуры и существенно ускорить время расчета. Причиной такого результата может быть то, что в данные отношения свой вклад дают обе длины волны, что позволяет учитывать особенности каждой из них одновременно, в процессе одного расчета.

Так, для исследуемого образца Ni на SiOx кривая, рассчитанная с помощью генетического алгоритма, хорошо согласуется с экспериментальной для длины волны = 0,154 нм, а для случая = 0,139 нм кривая явно не совпадает с экспериментом (рис. 1).

Толщина слоя Ni для этого случая составила d = 75 нм, шероховатость – = 1,27 нм, а шероховатость подложки была равна = 0,38 нм.

1 CuK Эксперимент 1 CuK Расчёт 2 CuK Эксперимент 2 CuK Расчёт 10-r / r r 10-10-10--10-0 1 0 1 2 3, градусы, градусы Рисунок 1 – Экспериментальная (точки) и Рисунок 2 – Экспериментальная расчетная (сплошная) кривые угловой (точки) и расчетная (сплошная) кривые зависимости интенсивности отражения угловой зависимости отношения рентгеновского излучения для пленки Ni на интенсивности отражения рентгеновского излучения для пленки Ni на SiOx.

SiOx на длине волны: 1) = 0,154 нм;

2) = 0,139 нм.

На рисунке 2 для этой же пленки представлены экспериментальная и расчетная зависимости отношения коэффициентов отражения R/R от 2. Параметры исследованной пленки были получены также при помощи генетического алгоритма. Для данного образца шероховатость поверхности подложки составила = 0,06 нм, а критический угол – = 0,3795°. Толщина плнки для этого расчта равна d = 73,1 нм, а е с шероховатость – = 0,29 нм. Также, на поверхности был зафиксирован слой NiO толщиной d = 2,1 и шероховатостью = 1,23 нм. Расчетная плотность слоя оксида составила = 6,67 г/см3.

По технологическим данным о времени напыления и величине поверхностного сопротивления толщина d слоя Ni ожидалась равной ~25-30 нм. Однако по данным рентгеновской рефлектометрии она оказалась равной ~75 нм. Такое расхождение может быть связано с непостоянством скорости напыления и с отличием удельного электрического сопротивления в пленке и объемном материале. Этот факт подтверждает необходимость дополнительных средств контроля в современном производстве.

Необходимо отметить, что при больших углах погрешность измерений для длины волны = 0,139 нм будет существенно выше, чем для = 0,154 нм, и при вычислении данных отношения нами выбирался угловой диапазон, принимая во внимание значения интенсивности для длины волны = 0,139 нм. Диапазон углов с низкой интенсивностью и высокой долей шума при расчте опускается.

Рефлектометрические исследования пленки Ni на Si показали, что как и для предыдущего образца на ее поверхности присутствует окисная пленка толщиной d = 1,8 нм и с шероховатостью = 0,42 нм. Расчт параметров структуры производился с использованием отношения длин волн. Толщина слоя Ni составила d = 21,6 нм, а его шероховатость = 0,7 нм. Шероховатость подложки для данного образца составила = 0,9 нм. Параметры структуры, полученные в процессе анализа отношения, при расчете для отдельных длин волн дают совпадающие результаты.

Для выявления фазового состава и распределения фаз по глубине рассматриваемая пленка силицида никеля изучалась с помощью электронной спектроскопии для химического анализа (ЭСХА) на спектрометре PHI 5500 ESCA фирмы Physical Electronics. Перед началом травления были получены данные по составу исходной поверхности. Затем послойное травление со съемками обзорных спектров чередовали с измерениями спектров высокого разрешения (ВР) (рис. 4). Полученные в результате обработки обзорных спектров концентрации приведены в таблице 1.

I 0 1 2 3 4, градусы Рисунок 3 – Экспериментальная кривая Рисунок 4 – Спектры Ni2p3: 1) – после угловой зависимости интенсивности «обдува», без травления; 2) – после 20 мин отражения рентгеновского излучения для травления; 3) – после 34 мин травления; 4) – пленки NiSi на Si на длине волны после 44 мин травления.

= 0,154 нм.

Анализ спектров ВР Ni2p показывает, что на исходной поверхности после ее очистки от адсорбированных газов методом «обдува» металлический никель (пик Ni2p3 Есв = 852,7 эВ чистого никеля частично окислен (наплыв слева помечен на рисунке OXI). После мин положение (852,7 эВ) и форма спектра Ni2p (с плазмонным пиком P) характерны для металлического никеля. Спектры после 34 и 44 мин отличаются от предыдущих смещением максимума в область более высоких энергий (Есв = 853,1 эВ), уменьшением его интенсивности и потерей плазмонного пика. Увеличение энергии связи Ni2p свидетельствует об образовании химической связи Ni–Si. Однако обратного эффекта – уменьшения энергии связи Si2p, не наблюдается.

Спектры Si2p локализованы на Есв=99,5 эВ, что соответствует несвязанному кремнию. Полученные данные свидетельствуют о наличии смеси Si и NiSi.

Принимая во внимание данные, полученные с помощью ЭСХА, была смоделирована структура, состоящая из 4-х слоев (Табл. 1). Сумма толщин всех слоев составила ~25 нм.

Таблица 1 – Параметры структуры NiSi на Si.

№ Материал, ат. % Толщина слоя, нм Шероховатость,нм Плотность, г/см1 NiO (0,82:0,18) 6,882 - 6,2 NiSi (0,64:0,34) 6,919 - 7,3 NiSi (0,33:0,67) 7,759 - 6,4 NiSi (0,27:0,73) 3,926 - 6,5 Si - 2,Полное размытие границы пленка-подложка произошло на образце дисилицида кремния на кремниевой подложке (NiSi2 на Si) – на угловой зависимости коэффициента отражения на обеих спектральных линиях интерференционных максимумов не наблюдается.

Однако, расчет позволил выявить среднюю плотность образовавшейся неоднородной структуры NiSi2 = 3,69, а критический угол для этого образца составил = 0,28°.

с Во второй части главы приведены результаты исследования методом двухволновой рефлектометрии параметров дискретной слоистой структуры, а также предложен и обоснован алгоритм обработки данных для рассматриваемого случая.

Тест-объектом являлась пленочная структура, которая изготавливалась методом магнетронного напыления Та через маску.

Размер окон маски и среднее расстояние между ними составляли, соответственно, 2,32,3 мм2 и 3,5 мм. Технологически заданная толщина пленки Та – 16 нм. В качестве подложки использовался стандартный диск Si(100) с оптически гладкой поверхностью.

Исследуемые образцы, вырезанные из диска, имели форму прямоугольника размером 1224 мм2.

Одна из основных проблем рентгеновской рефлектометрии при малых углах скольжения – неполный перехват отражающей поверхностью образца падающего пучка. В результате экспериментально измеренное отношение Ir()/I0(), где I0() и Ir(), соответственно, интенсивности прямого и зеркально отраженного пучков, в общем случае не равно коэффициенту отражения r(). Это особенно актуально для реальных приборных структур, которые обычно имеют размеры 1 см.

Ta2OSi r / r 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,, градусы Рисунок 5 – Экспериментальная схема Рисунок 6 – Угловая зависимость измерения: 1, 3, 6, 7 – щелевые диафрагмы, отношения коэффициентов отражения от 2 – образец, 4 – полупрозрачный дискретной структуры Ta2O5/Si. Точки – монохроматор, 5 – объемный экспериментальные значения, сплошная монохроматор, 8, 9 – детекторы излучения. линия – результат расчета.

Для дискретной структуры отношение коэффициентов отражения на 2-х длинах волн r(, 1)/r(, 2) может быть корректно измерено c достаточной точностью при выполнении условий, сформулированных в [5]. Для расчта параметров дискретной структуры использовалось отношение:

R I (, ) qr( f ) (, ) (1 q)r(s) (, ) 1 1 cp R I (, ) qr( f ) (, ) (1 q)r(s) (, ) 2 2, (1) где коэффициент q = Sf / S, Sf – площадь элемента локальной структуры, S – площадь локальной структуры, cp = P(x, y, 1)/P(x, y, 2), P(x, y, 1) и P(x, y, 2) – парциальные плотности потока за коллимационной щелью 1 (рис. 5) для спектральных линий 1, 2.

Отношение (1) не содержит неопределенных геометрических параметров и поэтому может быть непосредственно использовано для математической обработки. Альтернативная возможность измерения cp - определение отношения интенсивностей зеркального отражения при 0. Поскольку при этом r(, 1)/r(, 2) 1, то cp IR(, 1)/IR(, 2). Формально величина q задана технологически, например, геометрическими размерами маски. Однако, в силу конечной ширины пучка и размера образца плотность потока и отношение Sf / S для краевых зон может резко меняться. Поэтому, при компьютерной обработке данных также варьировалась величина q.

На рисунке 6 представлена нормированная угловая зависимость отношения и результаты ее математической обработки с использованием выражения (1). Первый и второй пики на зависимости обусловлены резким падением коэффициента отражения вблизи критических углов ПВО и позволяют идентифицировать материалы отражающей структуры: соответственно, кремний и окисел Ta.

Согласно данным обработки в полном угловом диапазоне, пленочные островки состоят из Ta2O5 с плотностью 8,44 г/см3. Толщина пленки равна 15,8 нм, шероховатость внешней и внутренней границ раздела, характеризуемые параметром равны ~ 0,5 нм. Таким образом, пленка Ta почти полностью окислена, а ее плотность близка к табличным данным для объемного Ta2O5 (8,2 г/см3) [6]. В результате использования двухволновой измерительной схемы и описанного алгоритма удалось установить, что площадь окон Ta2O5 в отношении к площади образца составила 13-14 %.

В третьей части главы рассмотрена возможность применения метода двухволновой рентгеновской рефлектометрии для анализа структур со слоями, сформированными с помощью ионной имплантации, на примере нарушенных слов кремния после имплантации ионов F+. В ряде случаев, такие структуры представляют особый интерес для микроэлектронной технологии. В последнее время именно на таких объектах обнаружены ранее неизвестные явления: ускоренное образование стабильных радиационных дефектов [7] и спонтанное образование окисла при хранении имплантированных образцов при комнатной температуре [8].

Были исследованы два типа образцов: полученные имплантацией F+ напрямую в матрицу кремния и имплантацией через слой диоксида кремния толщиной ~42,5 нм (после имплантации SiO2 удалялся травлением). Энергия пучка ионов при имплантации для всех образцов составила E = 40 КэВ. Доза варьировалась: Образец #1 – 1,25·1015 (через оксид); образец #2 – 1,25·1015 (естественный окисел); образец #3 – 9,25·1015 (через оксид); образец #4 – 9,25·1015 (естественный окисел).

Рисунок 7 – Экспериментальные кривые угловой Рисунок 8 – Схема распределения зависимости коэффициентов отражения для ионов F+.

образцов, имплантированных F+.

Эксперименты с применением двухволнового рефлектометра (рис. 7) выявили на образцах имплантированных ионами F+ следующие особенности (см. табл. 2):

Таблица 2 – Результаты анализа серии образцов после имплантации F+.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»