복합 반도체 소자의 고해상도 SIMS 프로파일

애플리케이션 노트

토론

깊이가있는 도펀트 및 불순물 농도 측정 화합물 반도체 종종 2 차 이온 질량 분석법 (SIMS) 검출 한계가 매우 낮고 깊이 해상도가 우수하기 때문입니다. SIMS는 화합물 반도체 에피 택시 및 장치의 연구, 개발 및 공정 제어를위한 핵심 분석 기술입니다.

SIMS의 과제 중 하나는 화합물 반도체 구조의 증가하는 요구 사항 중 일부를 충족시키기 위해 우수한 깊이 분석 기능을 지속적으로 향상시키는 것입니다. SIMS 깊이 분석, 또는 실제 불순물 또는 표본 깊이로의 매트릭스 농도 차이를 구별하는 능력은 많은 물리적 파라미터의 영향을받습니다. 여기에는 지형 1 차 이온빔의 질량, 표면에 부딪 치는 1 차 이온빔의 충격 에너지, 1 차 이온빔의 형태 (즉, 측면 이온 세기 분포), 및 2 차 이온을 분리하는 도구 적 능력 SIMS 분화구의 중심 대 분화구 측벽의 중심 원하는 검출 한계를 달성하는 데 필요한 조건도 깊이 분석에 영향을 줄 수 있습니다. 심즈 깊이 해상도 기능은 각 응용 프로그램에 대해 최적화되어야하는 요소의 복잡한 컴파일입니다.

그림 1 AlGaAs / InGaAs HEMT 구조 2keV Cs 폭격

그림 1 AlGaAs / InGaAs HEMT 구조 2keV Cs 폭격

SIMS 깊이 분석 능력의 진보와 반도체 엔지니어의 가치를 보여주는 몇 가지 예가 HEMT 구조. 그림 1은 AlGaAs / InGaAs HEMT 구조의 Si, O, In 및 Al의 SIMS 프로파일입니다. 1 차 이온은 Cs +이고 1 차 이온의 충돌 에너지는 2 keV이다. 최적의 깊이 분석을 위해서는 중 일차 이온 (Cs)과 저 충격 에너지 (2 keV)의 조합이 필요합니다.

동일한 샘플을 1 keV 충격 에너지를 사용하여 분석하여 1 keV 및 2 keV 충격 에너지로부터 도출 된 깊이 분해능을 비교할 수 있었다. 그림 2은 1 keV (실선) 및 2 keV (점선)에 대한 Al, O 및 In 신호의 오버레이 플롯입니다. 먼저 Al 신호를 고려하십시오. 약 1100Å nm에서 Al 신호는 InGaAs 층의 첫 번째 인터페이스에서 급격히 떨어진다. 이 드롭의 선명도는 1 keV 충돌 에너지보다 크며, Al 신호의 명백한 "계곡"은 1 keV 충돌 에너지에 대해 더 깊습니다. 이는 향상된 깊이 분석의 직접적인 결과입니다. In 신호의 경우 두 번째 계면에서의 In 감소의 선명도 (~ 1300Å nm)가 1 keV 충격 에너지보다 큽니다. O 신호의 경우 약 1750Å nm에서 계면 산소 농도의 너비가 1 keV 충격 에너지에 대해 더 좁으며 산소 신호 감쇠의 선명도는 1 keV 충격 에너지에 대해 더 큼을 알 수 있습니다.

2keV 및 2keV에서의 O 및 Al 프로필의 그림 1 비교

그림 2 2keV 및 1keV에서 O 및 Al 프로필 비교

동일한 샘플에서 Si 프로파일에 대한 1 keV 대 2 keV의 효과에 대한 유사한 비교가 그림 3에 나와 있습니다. 이 경우 프로파일은 차이가있을 경우 거의 표시되지 않습니다. 2 keV 에너지는 분석을 희생시키지 않고 분석 속도를 높이는 데 사용될 수 있습니다.

3keV와 1keV에서 Si 프로파일의 그림 2 비교

그림 3 1keV 및 2keV에서의 Si 프로파일 비교

개선 된 SIMS 깊이 분해능의 중요성을 설명하기 위해 저 충격 에너지 300 차 이온 빔을 사용하여 GOOD 및 BAD 300 x XNUMX µm의 Si 델타 층을 프로파일 링했습니다.2 PHEMT 장치. 이 경우 충격 에너지는 두 샘플에서 모두 동일하다는 점에 유의하십시오. 그림 4는 GOOD 및 BAD 샘플에서 Si, Al 및 In 신호의 오버레이 비교를 보여줍니다. 이 데이터는 BAD 샘플의 첫 번째 Si 델타 레이어가 GOOD 샘플보다 더 많이 확산되었음을 보여줍니다. 이러한 차이점을 쉽게 알 수 있으며이 차이를 확인할 수있는 능력은이 측정에 사용 된 SIMS 깊이 분석 기능의 직접적인 결과입니다.

그림 4 좋고 나쁜 PHEMT 비교

그림 4 좋고 나쁜 PHEMT 비교

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