XPS 및 SIMS를 이용한 ALD 필름의 수소, 탄소, 산소 및 철 오염도 측정

애플리케이션 노트

반도체 ALD의 오염

  • ALD는 H, C, O 및 금속이 높은 필름을 생산할 수 있습니다.
  • 높은 수준의 H, C, O 및 금속은 대부분 바람직하지 않습니다. 반도체 영화.
  • 개선 된 플라즈마 소스 감소 오염 질화물 계 ALD 성장 필름 [1].
  • XPS 정확한 조성 프로파일을 위해 일반적으로 사용됩니다. 그러나 5의 H, C 및 O 농도가 % 이하이면 XPS는 배경이 제한됩니다.
  • SIMS 분석 서비스 분석은 정확한 H, C 및 O 프로파일 5 (% 이하)에 필요합니다.
  • Fe와 같은 흔적 금속은 / cm에서 1E15까지 측정 할 수 있습니다.3 .

XPS 깊이 프로필

구성 깊이 프로필

광전자 방출 강도는 표면 화학에 거의 의존하지 않습니다. 강도는 표면 농도에 주로 의존합니다. 따라서 XPS는 매우 우수한 정량을 제공하는 것으로 알려져 있습니다 조성 측정. 깊이 프로파일은 분석 사이클을 사용하여 표면의 스퍼터링 에칭을 교대로 수행합니다. 결과는 재료에 관계없이 양호한 정량으로 농도 대 깊이 프로파일입니다. 그러나 일부 재료에서는 다른 재료보다 한 원소를 우선적으로 스퍼터링하면 원래의 조성을 변경할 수 있습니다.

XPS 깊이 프로필
ALD 영화의 구성을위한 XPS

ALD 영화의 구성을위한 XPS

  • 샘플 210의 조성 프로파일은 In, Al 및 N에 대해 우수한 정확도를 갖습니다. 질소를 치환하는 산소를 나타내는 표면의 프로파일이 실제 일 가능성이 큽니다.
  • 샘플 219는 AlGaN 층을 통한 N의 불균일 한 분포를 보여준다. 기판 GaN은 스펙트럼 간섭 때문에 정량화되지 않는다.

ALD 필름의 탄소와 산소를위한 XPS

  • ALD 필름은 성장 중에 비교적 높은 수준의 H, C 및 O를 포함하는 경향이있다.
  • ALD 필름 조성은 일반적으로 본질적으로 양적 특성으로 인해 XPS로 측정됩니다. 따라서 XPS에 의한 C 및 O 프로파일이 자주 보입니다.
  • XPS에는 높은 C 및 O 배경이 있습니다. %에서 10의 레벨은 아마도 실제 일 수 있으며 %에서 5의 레벨은 실제 일 수 있으며 %의 2-3은 배경 일 수 있습니다.
  • 샘플 210은 10 at %에서 C, 2에서 6 at %에서 O를 보여줍니다. C는 실제이고 O는 배경입니다.
  • 샘플 219는 2 at % 및 O 6 ~ 8 at %에서 C를 보여줍니다. C와 O는 모두 배경의 영향을 많이받습니다.

ALD 분석을위한 기술

XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)

  • XPS는 Li ~ U 요소에 대한 측량 분석 기능을 제공합니다.
  • 결합 에너지 측정은 산화 상태 정보를 제공합니다.
  • 깊이 프로파일은 본래부터 스퍼터링 효과에 따라 정량적입니다.

SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry)

  • SIMS는 ppm에서 pppt까지 검출 한계가있는 H를 포함한 주기율표의 모든 원소를 검출 할 수 있습니다.
  • 깊이 프로파일은 층 구조, 도판 트 및 오염 물질을 보여줍니다.
  • 1.2 nm에서 10 μm까지의 레이어를 프로파일 링 할 수 있습니다.

SIMS 깊이 프로필

추적 요소 깊이 프로파일

SIMS는 H를 포함하여 주기율표의 모든 원소에 대해 ppm에서 ppt까지의 검출 한계를 가지고 있습니다. 1 차 이온빔 스퍼터는 시료 표면에서 원소를 결정하기 위해 질량 분석 할 수있는 시료 물질로부터 이온을 생성합니다. 스퍼터 에칭은 깊이로 샘플링 할 수있는 분화구를 형성합니다. SIMS 부량은 표준에 달려있다. 표준은 동일한 매트릭스 자료에서 관심있는 요소를 가져야합니다. 정량화는 일반적으로 1에서 %에서 추적 수준까지 유효합니다.

ALD 필름의 탄소와 산소를위한 SIMS

ALD 필름의 탄소와 산소를위한 SIMS

  • SIMS는 H, C 및 O에 대한 매우 우수한 검출 한계와 박막에 대한 높은 깊이 해상도를 결합하여 SIMS를 ALD 오염 물질 깊이 프로파일 링을위한 매우 적합한 선택으로 만듭니다.
  • H에 대한 탐지 제한은 1E17 at / cm입니다.3. C의 검색 제한은 2E15 / / cm입니다.3. O의 검색 제한은 1E15 / / cm입니다.3.
  • H, C 및 O의 검출 한계는 양호한 진공 시스템, 높은 스퍼터링 속도 및 이들 요소에 대한 우수한 감도로 인해 매우 우수합니다.
  • 샘플 210 및 219에서보고 된 C 및 O의 농도는 배경보다 훨씬 높습니다.
ALD 영화의 구성을위한 SIMS

ALD 영화의 구성을위한 SIMS

  • EAG는 'PCOR-SIMS'라는 프로토콜을 개발했습니다. 우리는 SIMS 측정 자체를 사용하여 층 구성을 측정합니다.
  • 우리는 조성을 측정하여 도펀트 또는 오염 물질에 대해 정확한 감도 계수를 사용할 수 있습니다.
  • 우리는 모든 데이터 포인트에서 올바른 감도 계수를 사용할 수 있도록 모든 데이터 포인트에서 구성을 측정합니다. 결과는 point-by-point correct SIMS 또는 PCOR-SIMS입니다.
SIMS에 의한 H, C, O 및 Fe 프로파일

SIMS에 의한 H, C, O 및 Fe 프로파일

  • H, C 및 O는 매우 우수한 깊이 분해능과 매우 좋은 검출 한계와 함께 측정 될 수 있습니다.
  • 흔적 금속 프로파일에는 별도의 측정이 필요합니다. 여기에 보이는 프로필은 오버레이입니다.
  • 프로파일 링 할 금속의 선택은 사용 된 증착 장비 및 전구체 가스에 달려 있습니다.

ALD 분석의 근원

H, C, N 및 O의 배경은 장비 진공 시스템의 잔류 가스에서 비롯됩니다. 가스가 샘플 표면에 도달하고 표면에 달라 붙을 가능성이있는 가스는 가스, 샘플 물질 및 표면 상태에 따라 달라집니다. 새롭게 스퍼터링 된 표면은 가스 고착 가능성을 높입니다.

XPS 배경

XPS 깊이 프로파일 링에서 표면이 스퍼터 에칭되고 스퍼터링이 중지되고 분석주기가 시작됩니다. 분석 사이클 중에 진공으로부터의 가스가 표면에 축적 될 수 있습니다.

SIMS 배경

동적 SIMS (TOF 제외)에서 표면은 지속적으로 스퍼터링되므로 배경은 잔류 가스 도달 속도와 샘플 스퍼터 속도 사이의 균형입니다. 샘플 스퍼터 속도는 잔류 가스 도달 속도보다 훨씬 높으므로 동적 SIMS 배경은 XPS보다 몇 배 더 낮습니다.

토론

깊이 프로필 분석을위한 XPS 선택

  • 필름 구성의 경우 XPS를 선택하는 것이 좋습니다. 원소 정량화는 물질에 관계없이 동일하므로 모든 물질에서 정량 정확도가 좋습니다. 그러나 하나의 원소가 다른 원소보다 우선적으로 제거되어 표면 조성을 변화시키는 우선적 인 스퍼터링에주의해야한다.
  • 대기 원소 C와 O의 경우 XPS는 10 %까지의 농도에 대해 우수한 정량 정확도를 제공 할 수 있습니다. 낮은 농도에서는 도구 배경이 측정에 영향을 미치기 시작합니다.

깊이 프로필 분석을위한 SIMS 선택

  • 대기 원소 H, C 및 O에 대해 SIMS는 우수한 검출 한계를 제공 할 수 있습니다. 배경은 ALD의 정확한 프로필에 대해서는 문제가되지 않습니다.
  • 금속 불순물을 프로파일 링하고 정확하게 정량화 할 수 있습니다.
  • 필름 구성의 경우 SIMS는 재료 시스템이 표준으로 보정되었을 때 정량화를 제공 할 수 있습니다.
  • 매우 얇은 필름은 고해상도 프로토콜을 사용하여 프로파일 링 할 수 있습니다. 2nm 필름은 물론 실제 배포 정보를 추출하는 프로파일 링도 가능합니다.

참조
C. Xinum, C. Ozgit-Akgun, E. Goldenberg, A. Kemal Okyay 및 N. Biyikli, J. Mater. Chem. C 1 (2) 2014.

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