HAXPES∣多层结构器件界面的无损深度分析案例

XPS的探测深度在10nm以内，然而对于实际的器件，研究对象往往会超过10 nm的信息深度，特别是在一些电气设备中，有源层总是被掩埋在较厚的电极之下。因此，利用XPS分析此类样品，需要结合离子刻蚀技术。显然，离子刻蚀存在择优溅射效应，特别是对于金属氧化物，会破坏样品原始的化学态，导致仅凭常规XPS无法直接对埋层区域进行无损深度分析。

好在研究表明增加X射线的光子能量可以增加探测深度。对此，ULVAC-PHI推出了实验室HAXPES设备，且可同时配备微聚焦单色化Al Kα (1486.6eV)源和单色化Cr Kα(5414.9 eV)源。集成的SOXPS-HAXPES（软/硬X射线光电子能谱相结合）仪器拥有直接分析采样深度从1nm到30nm范围内的膜层结构的能力。

例如，本文中利用HAXPES（PHI Quantes）对以下器件的界面进行了无损深度分析：

图2典型Pt/Ti/HfO₂堆叠结构的HAXPES全谱。插图：分别在TOA为45°和90°时采集的Ti 2p、Ti 1s和Hf 4f的高分辨芯能级谱图。^[1]

图2中Hf 3d特征峰的出现表明HAXPES已经探测到Ti/HfO₂界面。此外，通过改变TOA，将采样深度从14 nm（TOA=45°）增至20 nm（TOA=90°），以实现对不同深度膜层的选择性分析。Ti 2p_3/2中结合能为453 eV的峰对应于金属Ti，而在TOA=90°时测量的谱图中，在更高的结合能处有出峰，表明可能在掩埋的Ti/HfO₂ 界面上存在Ti氧化物。

扫码关注

PHI 高德英特

表面分析技术领导者