evaluation of sims depth resolution using delta-doped multilayers and mixing–roughness-information...

4
Evaluation of SIMS depth resolution using delta-doped multilayers and mixing±roughness-information depth model A. Takano a,* , Y. Homma b , Y. Higashi c , H. Takenaka a , S. Hayashi d , K. Goto e , M. Inoue f , R. Shimizu g a NTT Advanced Technology Corporation, Atsugi, Kanagawa 243-0124, Japan b NTT Basic Research Laboratories, Atsugi, Kanagawa 243-0198, Japan c NTT Life Style and Environmental Laboratories, Atsugi, Kanagawa 243-0198, Japan d Advanced Technology Research Labs, Nippon Steel Corporation, Futtsu, Chiba 293-8511, Japan e Faculty of Engineering, Nagoya Institute of Technology, Nagoya, Aichi 466-8555, Japan f Faculty of Electrical Engineering, Setsunan University, Neyagawa, Osaka 572-8508, Japan g Faculty of Information Science and Technology, Osaka Institute of Technology, Hirakata, Osaka 573-0196, Japan Abstract Boron delta-doped multilayers are potential reference materials for the evaluation of depth resolution in secondary ion mass spectrometry (SIMS). In this work, we studied extraction of depth resolution parameters using a theoretical model, mixing± roughness-information (MRI) depth model from the measured pro®les under various O 2 bombardment conditions. Specimens used were boron delta-doped multilayers in Si (period: 3±20 nm) which had been made by magnetron-sputtering deposition. For SIMS, information depth can be regarded to be very small, so we used only the two parameters concerning mixing and roughness. Measured B pro®les were ®tted well to the MRI model. The depth resolution parameters could be extracted even from a pro®le of multilayers with a short periodicity. The combination of short-period multilayers and MRI model analysis would be useful for evaluation of depth resolution in shallow depth pro®ling. # 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved. Keywords: SIMS; Delta; Boron; Silicon; Multilayers; MRI 1. Introduction Boron delta-doped multilayers are potential refer- ence materials for the evaluation of depth resolution in secondary ion mass spectrometry (SIMS). They can give the depth-dependent depth resolution as well as the sputtered depth in a single depth pro®le. This is especially useful in shallow depth pro®ling. However, the method of resolution parameter evaluation using delta-doped multilayers has not been established. In this work, we studied extraction of depth resolution parameters using a theoretical model, the mixing± roughness-information (MRI) depth model [1], from the measured pro®les under various sputtering condi- tions. We also evaluated whether the MRI model is applicable to the specimen with a narrow interval of delta-doped layers. 2. Experimental Specimens used were boron nitride (BN) delta- doped multilayers prepared by magnetron-sputter Applied Surface Science 203±204 (2003) 294±297 * Corresponding author. Tel./fax: 81-46-250-1678. E-mail address: [email protected] (A. Takano). 0169-4332/02/$ ± see front matter # 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved. PII:S0169-4332(02)00662-1

Upload: a-takano

Post on 02-Jul-2016

213 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Evaluation of SIMS depth resolution using delta-doped multilayers and mixing–roughness-information depth model

��������� � �� � ����� ��������� ���� ���������������������� �� ����������������������� ����� �����

�� ��������� � !����"� � !������#� !� ��������� �� !��������$� %����� � ����� &� �����'��

���� ������� ������ � ������������ ���� �� ���� ��� ��������� �����"��� ���� !���� "�#��������� ���� �� ���� ��� ������$%� �����

#��� "�& '��� ��� (������)���� "�#��������� ���� �� ���� ��� ������$%� ������������� ������ � !���� "�#�� ������ '�� ������������ *������ ��#� �$��%+��� �����

�*������ �& (� ����� � �� ��� ,������� �& ������ �� �� ���� ���� �--�%+++� �����*������ �& (�������� (� ����� � '������ .��������� ��� ���� /��0� +1��%+�%� �����

�*������ �& ,�&��)����� '���� ��� ������ �� /��0� ,������� �& ������ �� 2���0���� /��0� +1����$-� �����

��������

(��� ����������� ����������� ��� �������� �����#� ��������� �� ��� ��������� � ����� ��������� � ��#����� �� ����

���#�������� )�� �*� � ���� +���� +� ������� �����#��� � ����� ��������� ���������� ���� � ��������#�� ������ ������

����������������� ) &�* ����� ����� ��� ��� �������� ���,��� ���� ������� -.� "��"������ #�������� ���#����

���� +��� "��� ����������� ����������� � �� )������/ 0�.1 �* +��#� ��� "�� ���� "� ����������������� ���������� 2��

�� �� �������� ����� #� "� �������� �� "� ���� ������ �� +� ���� ��� ��� �+� ���������� #�#���� ����� ��

��������� ������� ( ���,��� +��� ,���� +��� �� ��� &������� ��� ����� ��������� ���������� #���� "� �����#��� ��� ���

� ���,�� � ����������� +��� � ����� �������#���� ��� #��"����� � ������������ ����������� �� &� ����� ������� +���� "�

����� �� ��������� � ����� ��������� � ������+ ����� ���,����

� .11. �������� �#��#� (�3� ��� ������ ���������

�������3 �� �4 5����4 (���4 ����#�4 ����������4 &�

� ���� ������

(��� ����������� ����������� ��� �������� �����

�#� ��������� �� ��� ��������� � ����� ��������� �

��#����� �� ���� ���#�������� )�� �*� ���� #�

���� ��� ������������� ����� ��������� �� +��� ��

��� ��������� ����� � � ����� ����� ���,��� ���� ��

����#����� ����� � ������+ ����� ���,���� !�+�����

��� ������ � ��������� ��������� ��������� ����

����������� ����������� ��� �� "�� ����"������� �

���� +���� +� ������� �����#��� � ����� ���������

���������� ���� � ��������#�� ������ ��� ������

����������������� ) &�* ����� ����� 678� ���

��� �������� ���,��� ���� ������� ��������� #����

����� 9� ���� ��������� +������ ��� &� ����� ��

�����#�"�� �� ��� ���#��� +��� � ����+ ������� �

����������� �������

� ������������

���#���� ���� +��� "��� ������ )(:* ������

����� ����������� �������� "� ���������������

������� ����#� �#��#� .10�.1; ).110* .<;�.<=

� >���������� ������� ����?��/ �@7�;A�.B1�7A=@�(�)��� ������3 �����C�������������#��D� )�� �����*�

17A<�;00.?1.?E � ��� ��� ������ � .11. �������� �#��#� (�3� ��� ������ ���������

F��/ � 1 7 A < � ; 0 0 . ) 1 . * 1 1 A A . � 7

Page 2: Evaluation of SIMS depth resolution using delta-doped multilayers and mixing–roughness-information depth model

���������� ��� ����������� #������� � ��� �� ���#��

�� (: ����� ����� +��� � "��� �� ����� � ���

��)1 1 7* ��"������� ��� (: ����� ����� ���#����

#���������� �� 1�11. � )1�11= �������� #�����

���*� �� ��� �� ���#�� ����� ���#���� +�� < �� .1 ��

�� � ����������� +��� �������� +��� -.� "���

"������ �� �������� �� ����#��� ���� � ��-�

�$� �� � ;111 ������� ��� ������� �� �����

+�� ������ ��� 7�B �� ; ��3 �� ��� �#���� �����

���� +��� <�� ;B� �� A0� �� ��� ����#� ������ � ��� &� ������ ����� ����������� �������� ����� )�*������ ����� ��� �� �������� ��������� )�* ������� �� ���#��"� � ���,�� 678� � �� �� ��#� ����

��#����� ��� ��� ������� ��� ��� ,��� ����� � ���

����#� 6.8� ��� �������� ����� �� ��#� ������� ���

��� ����� �+� ���������� �� ������ �� ��������

��������� � +�� ��� �� 1 � ���� +���� � ��� �������� ��� ����� ������� ,���� � ��� ������� ���� � ���

���,�� +�� ,��� #������ ��� �� �"��� ��� � ����������

�� ��"��G������ �+�� ��������� ��� ,���� � ������� ����� � ��� ���,��� ��� #��#������ +�� ����

����� �� 1�7 � ���������

� ������� �� ���������

2��� 7 ���+� � "��� ���,�� �������� ����

7�B ��3 -.� �� ;B� �������� +��� ��� ,���� #���� "�

��� &� ������ ��� ����������� ������ �� "�#��

����� ( #�#�������� ������� �� ���� #��#������

��� ���� ���+� ��� &� ,���� +�� #������ ��� ��

�������#� ��� +���� ����� ����� ���,�� �#����� ���

#��������� ����� �� ��� �����#� +��� ��� ��"�������

2�� ��� "��� ,����� � �� � +��� 7�= �� 7�; �������#������� +�� ��� ���#���� � ��#� ����� �����

+�� ��� �� 1�; �� H��� ����� ���������� #����

����� ���,��� +��� ����'�� � ��� ���� +�� �� ���

,���� ���������� +��� ����������

2��� . ���+� ��� ������� �� ������������#� �

� �� ��#� ���� � �#���#�� ��� �#������� � ��� �

����� �� +���� 1�7 �� ��� � ����� "�#���� �������

+��� ��#������ ������� �� ������ ��� ���� �� ;B��� A0� ��� #������"��� +���� ��� <� ���� ��� ���������� ��� ������� H��� ��� <� ���������� #������� ���-. ����� �� ����� ��� �� ����� �##�������� �

��� ����#�� ���� ��� ����#� #��������� �� ������

��� ���� ���� ��� ����� �"��G�� ���������� #����

����� 5�� �� ��� �#����� � ������ ����� "� �����

���� �#��������� ��� ��� ��-. ������ ��� �����

���� �� ��� ��"������ �� ����� ���������� �� ����#���

���� ��� "� ��� ����� �� ��� ������� � ������ �� ���

<� �#���#��2��� 0 ���+� ��� ������������#� � � �� ��#�

���� � �#���#�� ��� �#������� � ��� � ����� ��+���� 1�. �� ��� � ����� ���� ��#������ +���

��#������ ��� ������� �� ������ �������� ��� ����

�� <� �� ;B� ����"�� ������� ������������#� �� ���� #���� ��� ���� �� A0� ���+� � ���� ������������#�� �� ����� #������� �� ��� ����� �+� ������ 9����

� ��������� �� ������ ������� � ��� "��� �����

2��� 7� (��� ���,�� �������� "� �� � +��� 7�B ��3 -.� �� ;B� �� ,���� #���� ���� ��� &� ������ ��� ����������� ������ ���� �� ���

&� #��#������ ��� ���� ���+�

�4 ��0��� � ��4 5 ������ '��&�� '���� ���6��� 7����8 �$�6�$1 .<B

Page 3: Evaluation of SIMS depth resolution using delta-doped multilayers and mixing–roughness-information depth model

�� ��� �#���� ����� � ��������� �� �I��#�� "���� ������ � ��� #����� "����� �� +��� �� ����#�

��������� ��� "������� �� A0� ����� ��I�#� ��#����������� �� ��� #����� "������

2��� ����� �������� ����#��� � ������� �� �����

�� ��#���� �� ������� ����� ���������� �� �� #� "�

���� ���� ��� ��#� � �#���� ���� �� ������ ������

!�+����� ������ #�������� �� ��� ���� ���

����� ������ <�� ;B� �� A0�� ��� ����#� #����#������� �� <� ����� ��� ����� ���� ;B� �� A0�

����������� �� �� ����#��� ���� �� ����� .=�� +��#��� ��� #����#�� ���� �� ��-. �������� ����� �������

��� �������� #�������"�� 608�

��� �������� � &� ������� +�� ������� +�� ���

�����# ���� � � ���,�� +�� ������ 2��� ; ���+� �

"��� ���,�� � < �����#�� ����� ������ ��������

���� . ��3 -.� �� ;B�� �� � ������ � ��� &� ,�����

��� �����#��� ���������� +��� � � .�0 � ��

� � 7�0 �� +��#� ��� � ������"�� �������� +������ ���� � 2���� . �� 0� H��� ��� &������� ��� �����

2��� .� 5�����#� � ����� ��������� ��� � ������� ��

����� �� ������ �#���� ������2��� 0� 5�����#� � �������� ��������� )�* � ������� ������� �� ������ �#���� ������

2��� ;� (��� ���,�� � < �����#�� ����� ������ �������� ���� . ��3 -.� �� ;B�� �� � ������ � ��� &� ,�����

.<A �4 ��0��� � ��4 5 ������ '��&�� '���� ���6��� 7����8 �$�6�$1

Page 4: Evaluation of SIMS depth resolution using delta-doped multilayers and mixing–roughness-information depth model

��������� ���������� #���� "� �����#��� ��� ��� �

����� �����# ���� ���,�� � ����������� +��� � �����

�������#���� ��� #��"����� � ������������ �����������

�� &� ����� ������� +���� "� ����� �� ���������

� ����� ��������� � ������+ ����� ���,����

� �����������

��� ���,��� � ����������� ����������� ��������

"� �� � +��� ����'�� "� ��� &� ������ ���

�������� ����� )�* +�� ��� �� 1� �� ����� ���������� +�� ��������� ���� �+� ����������4 �����

����� ��� �� ����#� �������� )�*� ��� � �� ������� ������� ����� � ������� �� ������ �����

��� � �� � ������ +��� �"����� �� ��� �����

�#���#� � ��� ������� �������� "���� ���� ��

���"�"�� ��� �� ��-. �������� �� +�� ���+ ����

�������� ����������� ���,��� +��� +��� �������#��

"� ��� &� ����� ��� �� � ���,�� +��� �����

���������� 2�� ������ ������"������ � ���� �����

������"���� #� "� ��������#���� �����#��� "� ����

����� ���������� �"����� ��� ��� ������� �����#�

����������

�������� �������

���� +��� +�� ��������� ��������� "� >���������

�� 5�������� ���������� �������� F��D�#� �

J������ �������� ����#������

����������

678 �� !���� ���� ����� ���� .7 )7<<;* A=0�

6.8 ��� &�"���� J� ����� F���� B; )7<@0* .AB1�

608 � !����� �� ����� ���� ����� ���� 7; )7<@<*�

�4 ��0��� � ��4 5 ������ '��&�� '���� ���6��� 7����8 �$�6�$1 .<=