利用FIB-SIMS探索薄膜分析

具有理想的机械、电气和光学特性的薄膜在现代生活中无处不在。这种先进薄膜的沉积，特别是在具有复杂形状的小零件上，是一个具有挑战性的过程，需要复杂的开发和验证活动。

图片来源:TOFWERK

雇佣一个fibTOF二次离子质谱仪是研究薄膜深度分布的有效手段。

该仪器能够提供层结构元素组成的重要信息;例如，在表层和埋层(如附着力层)的化学均匀性的细节，污染物的检测(通常发现在两层之间的界面)和层之间的界面的清晰度。

虽然二次离子质谱法用于分析薄膜已有一段时间了，¹通过提供高分辨率的化学图像，并在分析之前不需要选择感兴趣的元素，fibTOF将这种方法发展了起来。

本文概述了在无机薄膜测量中两个常见的例子中使用fibTOF的情况。

例1:垂直腔面发射激光器

图1显示了通过垂直腔面发射激光器(VCSEL)的部分深度轮廓。利用外延键合AlGaInAs-InP和由几个交替GaAs-AlAs层组成的分布式布拉格反射器，构建了5个增益区域。

这些设备的结构和操作的完整描述可以在其他地方找到。²

图2显示了铝深度轮廓的放大图像。这被叠加在器件的结构上，以说明增益区域内的结构。

该深度轮廓是通过使用光纤光栅(fibTOF)仪器测量Ga聚焦离子束显微镜产生的二次离子而获得的⁺离子。该方法采用Whitby等人报道的VCSEL样本。^3.

该方法成功地证明了深度分辨率优于8 nm，横向分辨率优于25 nm。应该指出的是，可以检测到更薄的纳米层，例如，铬、钛或氧化钛的粘附层。

图1所示。在镓离子聚焦离子束显微镜下，利用Tofwerk的光纤激光器获得了垂直腔面发射激光器(VCSEL)的部分深度轮廓。为了获得最佳的深度分辨率，使用了3 keV的低能聚焦离子束。在半导体堆的各个层可以清楚地看到，虽然镓峰⁺图像右侧每对布拉格反射器之间的信号是溅射过程的人工产物。x轴是所选区域上FIB显微镜的完整光栅;注意，当且仅当溅射速率恒定(在不同材料的深度剖面中不太可能)且FIB束的电流恒定时，这与深度成正比。欧洲杯足球竞彩图片来源:TOFWERK

图2。Al部分的放大图⁺图1(黑线)叠加在定义VCSEL器件量子阱增益区域的薄膜层示意图上。共有5个这样的区域(见图1)，每个区域由3个以上的富铝层组成(蓝色表示)，每个层10纳米厚，隔着7纳米的含铝较少的层(绿色表示)。从fibTOF SIMS测量的痕迹显示铝浓度的三个峰预期。图片来源:TOFWERK

例2:确认薄膜堆中存在附着力层

这个例子显示了使用fibTOF用于确定在钽酸锂基体和金涂层的界面上是否存在钛和/或铂的粘附层。

图3。镀金钽酸锂的正二次离子深度分布。图片来源:TOFWERK

这项研究确实证实了在金涂层和基材之间存在铂粘合剂层。由于TaO的含量，仪器无法完全分辨出m/q 197的黄金信号⁺而其他的TaO同位素含量太低，无法发挥作用。

幸运的是，关于样品组成的先验信息允许一个明确的解释。

虽然以开放的心态来处理质谱信息的分析是明智的，但利用关于样品的任何现有信息或测量系统中典型污染物的任何细节也是明智的。

图中还显示了另一种技术:使用来自GaPt的加合离子信号⁺。在这种材料中，这种信号更强，因此比Pt产生等压干扰的风险更小⁺离子信号。

关于确保最佳深度概况的建议

为了保证最佳的深度分辨率，聚焦的离子束应尽可能保持最低的能量，同时确保光斑大小不会增加到降低形状质量的程度。

当从采集到的数据得到深度剖面时，最好只利用坑中心的数据来调整感兴趣区域的横向边缘。这有助于避免墙壁倾斜的磨坑。

理想情况下，陨石坑的底部应该保持平坦，通常需要调整聚焦离子束、扫描速率、像素大小或束流。

在某些条件下，一些被聚焦的离子束碾磨的材料可能变得粗糙或发展成欧洲杯足球竞彩波浪形表面。⁴导致深度分辨率下降。

这可以通过微调舞台角度、调整光束条件或使用辅助气体来解决，其中FIB-SEM仪器配备了气体喷射系统。

如果需要更大的采样面积，建议在几个地方进行测量，以确保薄膜是均匀的;例如，在晶圆片的中心和边缘，或靠近或远离ALD前体进口喷嘴。

薄膜分析的补充方法

许多互补的技术可以同时使用FIB-SIMS在研究薄膜的组成和结构时。这些技术包括椭偏仪、x射线反射、x射线荧光或辉光放电分析——只要这些层在许多毫米的尺度上保持均匀。

创建薄膜的横截面(机械或使用FIB)可以提供对分层结构的额外了解。当处理较厚的薄膜时，为了获得结构和成分的信息，可能需要谨慎地采用EDX或(近场)拉曼显微技术。⁵

原子力显微镜也可以用来测量FIB凹坑的深度，提供关于在深度剖面中观察到的特征深度的准确信息。

参考文献

1. 二次离子质谱深度分析。扫描3,1980.DOI: 10.1002 / sca.4950030202
2. 表面发射激光——它的诞生和新一代光电子领域。IEEE j .选取。上面。定量。2000.DOI: 10.1109/2944.902168
3. 惠特比,et al。用于质量的高空间分辨率飞行时间二次离子质谱:一种具有原位AFM的新型正交ToF FIB-SIMS仪器。放置垫。科学。Eng,2012.DOI: 10.1155 / 2012/180437
4. 谢诺伊，v.b.;陈w·l·;合金表面溅射引起的成分调制波纹，理论物理。(1,2007.DOI: 10.1103 / PhysRevLett.98.256101
5. Gucciardi, et al。近场拉曼光谱与成像。应用扫描探针方法，施普林格，柏林，海德堡，2006。DOI: 10.1007 / 978 - 3 - 540 - 37316 - 2 - _10

确认

制作的材料最初由James 欧洲杯足球竞彩Whitby和Lex Pillatsch从TOFWERK。

这些信息的来源、审查和改编来自TOFWERK提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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