34· 北京科技大学学报 2003年第1期 CAE,通过能量为50eV.分析SiO,/Ta界面样品时 需先剥离一定厚度的Ta,直至观测到Si2p的XPS .6 峰出现时为止，这时离SiO/Ta界面可能还有几个 nm的距离.这是因为XPs的探测深度d与光电 1.4 子出射角a,光电子的非弹性散射平均自由程入的 关系为d=3sina"m.对MgKX光源来说，在Si中 1.2 Si2p的非弹性散射平均自由程入为2.6nm;在Ta 中Ta4f的1=1.7nm.当光电子出射角a=90° 1.0L 115 110 105 100 95 时，可获得0-31范围内的信息，所以，不必刻蚀 结合能，E/eV 到SiO/Ta界面即可得到界面的信息.深度剖析时 图1Si0,/Ta界面附近的Si2p光电子能谱(a=90) 离子刻蚀工作条件：人射离子为A,工作气压为 Fig.1 Si2p XPS spectrum obtained near the SiO,/Ta inter- 1×10Pa,Ar加速电压为500V.为了消除荷电效 face at a=90° 应的影响，对每个XPS谱图用C1s峰外标法进行 5.0 谱线能量校正.用XPS系统配备的Guassian (80%)-Lorentzian(20%)曲线拟合程序（包括原子的 4.8 灵敏度因子)对谱线进行拟合，峰面积拟合误差 4.6 小于5%. 4.4 2结果与讨论 VMA 4.2 图1为SiO/Ta界面附近的Si2p光电子峰， 115 110 105 100 95 其峰位为102.50eV,它既不是单质Si的位置(99.1 结合能，E/eV eV),也不是SiO2中Si的位置(103.3eV).为此 图2 Ta;Si标样的Si2p光电子能谱(a=90) 用美国Alfa Aesar公司提供的纯度为99.5%的 Fig.2 Si2p XPS spectrum of the Ta,Si,standard sample at TaSi,粉末试样作为标准样品，对其作XPS分析， a=90° 其Si2p光电子峰的位置为102.35eV,如图2所 示.可以看出，在实验误差范围内，图1所示的 SiO,/Ta界面附近的Si2p峰与图2所示TaSi,标样 4.7 的Si2p峰的峰位基本重合，从Si的价态来看， SiO2表面上溅射Ta时在SiO2和Ta的界面附近可 能有Ta,Si生成. 2.5 图3为SiO/Ta界面附近的Ta4f光电子峰及 其拟合曲线.由文献[14]可知：21.7cV处的拟合 1.4 16 峰1为单质Ta的4fn峰，23.5eV处的拟合峰2为 32 2824 20 单质Ta的4fn峰，26.2eV处的拟合峰3为TaSi 结合能，E/eV 图3Si0/Ta界面附近的Ta4f光电子能谱及其拟合曲 和Ta,O,共同的Ta4fn峰（二者的标准Ta4fa峰峰 线(a=90) 位分别为26.5eV和26.3eVw),28.1eV处的拟合 Fig.3 Computer fitting curve of Ta 4f high-resolution XPS 峰4为TaSi,和Ta0,共同的Ta4f峰.因此，从Ta spectrum obtained near the SiO,/Ta interface at a=90 的价态来看，SiO2和Ta的界面附近有TasSis,和 知：该反应中Gibbs自由能的变化为-319.42kJ/ TaO,生成.综合以上实验结果可知：在SiO,/Ta界 mol,这是热力学上有利的反应.另一方面，SiO2 面附近存在着一个“互混层”，它由单质Ta,TaSi, 的形成焓为9.46eV,而在磁控溅射中从靶材上被 和TaO,等构成.因此可以认为在SiO,/Ta界面发 溅射下来的原子所具有的动能约为几个至十几 生了如下化学反应： 个eVs,这说明上述反应在动力学上是可能进行 37Ta+15SiO2=5Ta;Si,+6Ta2O,. 的.反应的结果是在界面处形成了化合物新相 根据文献[15]所提供的热力学数据计算可 TasSi,和Ta,O,使界面更加稳定.由于这两种化合北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 的口园 ， 通 过 能量 为 分析 了 界 面样 品时 需先剥 离一 定厚度 的 ， 直 至观测 到 的 峰 出现 时为止 ， 这 时离 界 面可 能还 有几个 的距 离 这 是 因为 的探 测 深 度 与光 电 子 出射角 ， 光 电子 的非 弹性散射平均 自由程入的 关 系为 二 胎 附 对 舀 光源 来说 ， 在 中 的非 弹性 散射平均 自由程入为 在 中 的 又 〕 当光 电子 出射角 二 时 ， 可 获得 一 又范 围 内的信息 ， 所 以 ， 不 必 刻蚀 到 肠界 面 即可得 到界 面 的信息 深度剖析 时 离子 刻 蚀 工作条件 人射离子 为 十 ， 工作气压 为 、 一 ‘ ， 加速 电压 为 为了消 除荷 电效 应 的影 响 ， 对 每个 谱图用 峰外 标法 进 行 谱 线 能 量 校 正 用 系 统 配 备 的 一 曲线拟 合程 序 包括原子 的 灵 敏度 因子 对谱线 进行拟合 ， 峰 面积 拟合误差 小 于 匕一一一一一‘ 一一一一一‘ 一一 结合能声 图 扩和 界面 附近 的 光 电子 能谱 · 二 口的园 结 果 与讨 论 图 为 界 面 附近 的 光 电子 峰 ， 其峰位为 ， 它既不 是单质 的位置 ， 也 不 是 中 的位 置 ‘ 为此 用 美 国 公 司 提 供 的纯 度 为 的 ， 粉末试样作为标准样 品 ， 对 其作 分 析 ， 其 光 电子 峰 的位置 为 ， 如 图 所 示 可 以看 出 ， 在 实验误差 范 围 内 ， 图 所示 的 恤界 面 附近 的 峰与 图 所示 取 ， 标样 的 峰 的峰位 基本重 合 ， 从 的价态 来看 ， 表 面上 溅 射 时在 和 的界 面 附近可 能有 ， ， 生 成 图 为 认 几 界 面 附近 的 光 电子 峰及 其拟 合 曲线 由文 献 汇 可 知 处 的拟 合 峰 为单 质 的 。 峰 ， 处 的拟 合 峰 为 单质 的 几 二 峰 ， 处 的拟合 峰 为 ， 和 ， 共 同的 。 峰 二 者 的标 准 云 。 峰峰 位分别 为 和 ‘，‘ ， ， 处 的拟合 峰 为 ， 和 共 同的 儿 。 峰 因此 ， 从 的价 态 来 看 ， 和 的界 面 附近 有 ， 和 几 ， 生 成 综合 以 上 实验结果可 知 在 门厄界 面 附近存 在着 一 个 “ 互 混 层 ” ， 它 由单质 ， 和 ， 等构成 因此 可 以 认为在 扩 界 面发 生 了如下化 学 反 应 ， 根 据 文献 〔 所 提供 的热力学 数据计算可 结合能万 图 ‘ 标样 的 光 电子 能谱 口 ， 几 ‘ 口园 － －一一一一－一 － 二二二生巴乌‘ ‘ 娜 ‘ ‘ 口 结合能万 图 汀 界面 附近 的 光 电子能谱 及 其 拟 合 曲 线 血 卜 ， 玩 认几、 知 该反 应 中 自由能 的变化 为 一 ， 这是 热力学 上有 利的反 应 另一 方 面 ， 的形 成焙 为 ， 而在磁 控溅射 中从靶 材 上 被 溅 射下 来 的原子 所 具 有 的动 能 约 为 几 个 至 十 几 个 ， 这 说 明上 述反 应 在动力 学上 是可 能进 行 的 反 应 的结果 是 在 界 面 处 形 成 了化 合 物新 相 。 和 ， 使界 面更加稳定 由于这两 种 化合