高分解能 ERDA の深さ分解能の評価

Si中ホウ素の深さ方向分析において、ArプローブERDAは、Heプローブ ERDAより も深さ分解能が悪いことがわかった。Ar プローブ ERDA の深さ分解能は、主として Ar イオンの多重散乱によって劣化したものである。この節では、多重散乱を考慮した ERDA の ス ペ ク ト ル シ ミ ュ レ ー シ ョ ン が 可 能 な 、 モ ン テ カ ル ロ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン コ ー ド

CORTEOを用いて深さ分解能を評価した結果を述べる。

Si中の深さZ^に厚さ 0.1 nmの平坦なホウ素（¹¹B）の層が存在するモデル試料に対し

て、CORTEO を用いてホウ素（¹¹B）のスペクトルを計算し、そのスペクトルの半値幅を

深さに換算して深さ分解能を求めた。計算に用いる測定条件は、実際に用いた測定条件 に合わせ、HeプローブERDAは 400 keVのプローブ、散乱角 25°、入射角15°、出射角 10°とし、Arプローブ ERDAは320 keVのプローブ、散乱角30°、入射角15°とした。図 5-6に、深さZ^が 0、1 nm、2 nm、および 5 nmのときの HeプローブERDAのシミュレ ーションスペクトルを示す。同一のモデル試料を用いて計算した、Ar プローブ ERDA のシミュレーションスペクトルを図 5-7 に示す。これらのシミュレーションスペクトル から求めた深さ分解能を深さZに対してプロットしたものを図 5-8 に示す。表面におけ る深さ分解能は HeプローブERDA が0.4 nm、ArプローブERDAが 0.5 nmと見積もる ことができた。HeプローブERDAについて計算した深さ分解能は観測結果(0.5 nm)とよ く一致する。このことは、CORTEOのシミュレーションがスペクトルを正しく計算して いることを示している。このように表面における深さ分解能に殆ど差はないが、深くな るにしたがって Ar プローブ ERDA の方が深さ分解能は悪くなる。5 nm の深さでは Ar プローブ ERDAの深さ分解能は Heプローブ ERDAよりも2倍以上悪くなることがわか った。

最表面での深さ分解能が Heプローブ ERDAと Ar プローブ ERDA とで大きく違わな いのは、深さ分解能がほぼ分析系のエネルギー分解能で決まるためである。分析深さが 増すにしたがって、多重散乱の影響が顕著になる。He プローブ ERDA では、出射過程 における反跳 B⁺イオンの多重散乱が深さ分解能劣化の主たる要因になり、Ar プローブ ERDA では入射過程における Ar イオンの多重散乱が深さ分解能劣化の主たる要因にな っていると考えられる。Arイオンの多重散乱による深さ分解能の劣化が顕著であること から、Arプローブ ERDAは Si中ホウ素の深さ方向分析には適さないことがわかった。

0 1 2 3

230 235 240 245 250 255 260

Energy (keV)

C ounts ( ar b. unit)

0 nm １ nm ２ nm 5 nm

図 5-6 Si中の深さZ^が0、1 nm、2 nm および5 nmの位置に厚さ0.1 nmのホウ素層が存在 するモデルについて、モンテカルロシミュレーションコードCORTEO により計算した¹¹B⁺の Heプ ローブERDAスペクトル。 400 keVの He⁺プローブ、反跳角 25°、出射角10°。

0 10 20 30

130 140 150 160 170

Energy (keV)

C ounts ( ar b. unit)

0 nm １ nm ２ nm ５ nm

Z

図 5-7 Si中の深さ が0、1 nm、2 nm および5 nmの位置に厚さ0.1 nmのホウ素層が存在

、

するモデルについて モンテカルロシミュレーションコード CORTEO により計算した¹¹B⁺の Ar プ ローブERDAスペクトル。 320 keVの Arプローブ、反跳角 30°、出射角15°。

0 2 4 6 8

0 1 2 3 4 5

Depth (nm)

D ept h re so lu ti on (nm )

6

Ar probe ERDA He probe ERDA

図 5-8 モンテカルロシミュレーションスペクトルから求めた He プローブ ERDA と Ar プローブ ERDA の深さ分解能。Heプローブ ERDA の計算条件は、400 keV の He⁺照射、反跳角 25°、 出射角10°。ArプローブERDAの計算条件は、320 keVのAr⁺照射、反跳角30°、出射角15°。