Secondary Ion Mass Spectrometry 설문 조사 깊이 프로필

애플리케이션 노트

소개

2 차 이온 질량 분광법 (SIMS) 박막의 심층 분석을위한 강력한 분석 도구입니다. SIMS를 다른 표면 분석 기술과 차별화하는 것은 매우 높은 감도 (대부분의 요소에 대한 ppm 수준)입니다. 그러나 지금까지 이것은 대가를 치렀습니다. 분석을 시작하기 전에 샘플 구조에 어떤 불순물이나 불순물이 있는지 알아야했습니다. 이는 표면이 XNUMX 차 이온 빔으로 스퍼터링 될 때 선택한 요소가 순차적으로 모니터링되는 "전통적인"SIMS 깊이 프로파일 링 도구를 사용하여 깊이 프로파일 링 데이터를 수집하는 특성 때문에 발생했습니다. 이것은 자기 섹터 기반 및 사중 극자 기반 질량 분석기의 경우입니다. 선택한 요소가 모니터링되는 동안 다른 모든 요소는 감지되지 않습니다. 따라서 분석에서 모니터링 할 수 있도록 관심 가능한 요소에 대한 철저한 지식을 갖는 것은 분석가의 의무입니다. 그러나 이것은 불가능한 경우가 많습니다. 조사관은 SIIMS 분석가에게 다음과 같은 샘플을 제시합니다.“내 자료가 작동하지 않습니다. 왜? 그거 안에 뭐가 있나요?" 분석 할 의심스러운 요소를 분석가에게주지 않고 종종 경험이 풍부한 분석가는 축적 된 지식에 의존하여 재료의 실패를 초래할 수있는 요소를 선택할 수 있지만, 이것이 그가 올바르게 선택했다는 보장은 아닙니다. 실패의 원인이되는 요소가 감지되지 않을 수 있습니다.

원칙

비행 시간 기반 SIMS 도구는 분석을 시작하기 전에 표본에 무엇이 있는지를 알 필요가 있습니다. 비행 시간 계측기에서, 표면은 2 차 이온 신호를 생성하기 위해 펄스 된 매우 낮은 1 차 이온 플럭스로 프로빙됩니다. 표면은 데이터 수집 중에 사실상 "비 스퍼터링"됩니다. 1 차 이온의 각 펄스에 대해, 샘플에 존재하는 모든 원소를 검출하여 완전한 질량 스펙트럼을 얻습니다. 이 사실상 비 - 스퍼터링 모드에서 충분한 신호가 축적되면, 다른 이온 빔이 재료를 스퍼터링하여 1 차 이온의 펄스에 의해 조사 될 새로운 깊이를 노출 시키는데 사용된다. 깊이 프로파일을 얻는이 방법을 모든 깊이 간격에서 샘플의 전체 조사 분석을 제공하기 때문에 "조사 깊이 프로파일"이라고합니다. 모든 요소가 모든 깊이 간격에서 감지되기 ​​때문에 샘플을 분석하기 전에 무엇이 샘플인지 알 필요가 없습니다. 또한, 스퍼터 - 제거 재료를 2 차 이온 발생으로부터 분리하는 것은 계면에서의 불순물이 특히 중요 할 수있는 다층 샘플을 분석 할 때 큰 이점을 가져온다. 계면에 존재하는 모든 원소가 검출되고, 계면에서 스퍼터 제거가 중단되고보다 많은 검출 한계를 얻기 위해 더 많은 데이터가 축적 될 수있다. 계면에서 하나의 불순물을 검출 할 때 스퍼터링이 계면을 통해 연속적으로 나타나는 "전통적인"SIMS 깊이 - 프로파일 링 툴을 사용하면 질량 분석계가 조정될 때까지 다른 관심 대상 요소를 놓칠 수 있습니다. 스퍼터링은 그 원소가 존재할 수도있는 계면을 통과했을 수있다. 그런 식으로 거짓 부정 결과가보고 될 수 있습니다. 이것은 Survey-SIMS 깊이 프로파일에서 발생할 수 없습니다.

사용 예

그림 1 및 2는 SiO의 박막층 구조의 Survey-SIMS 깊이 프로파일을 보여줍니다.2/ 결정질 Si 기판상의 다결정 Si.이 데이터는 2 가지 개별 분석으로 획득되었다; 하나의 전기 음성 종 (그림 1); 양성 종 (electropositive species) 중 하나 (Fig. 2). 최적의 검출 한계를 얻으려면이 두 요소 그룹을 따로 측정해야합니다.

그림 1에서 산소 프로파일 (오른쪽 y- 축에 대한 강도로 플롯)은 SiO2 구조 상단에 레이어. 그러나 추가적으로 산소 프로파일은 poly-Si / crystalline-Si 인터페이스와 poly-Si 층 중간에서 산화물 오염을 보여줍니다. 이것은 poly-Si에 대한 XNUMX 단계 증착 공정을 나타냅니다. 비소 프로파일 (왼쪽 y 축을 기준으로 원자 / cc로 표시됨)은이 in-situ As 도핑이 SiO뿐만 아니라 동일한 두 계면에서도 축적되었음을 보여줍니다.2/ poly-Si 인터페이스. 또한 As의 일부가 과도하게 도핑 된 poly-Si 층에서 밑에있는 Si 기판으로 확산되었다는 증거가있다.

불소와 탄소는 또한 이들 3 가지 인터페이스 모두가 검출된다. 무화과에 대한 캡션. 1는 이러한 종류의 재료 시스템에서 일반적으로 발견되는 전자 음극 소자의 검출 한계를 나열합니다.

결정질 Si 기판상의 SiO2 / 다결정 Si의 박막 층 구조에서의 음전위 원소의 조사 - SIMS 깊이 프로파일.

그림 1 SiO 박막층 구조에서 음전위 원소의 조사 - SIMS 깊이 프로파일2/ 결정질 Si 기판상의 다결정 Si.

Survey-SIMS 깊이 프로파일 링에 의한 전기 음성 검출 한계.

표 1 Survey-SIMS 깊이 프로파일 링에 의한 전기 음성 검출 한계.

그림 2는 동일한 구조에서 얻은 전기 양성 요소에 대한 프로파일을 보여줍니다. 리튬, Na, K 및 Al 오염 물질은 그림 1에서 F가 감지 된 것과 동일한 인터페이스에서 감지됩니다. 알칼리 원소 오염은 장치 성능에 특히 해로울 수 있습니다. 활성 장치 레이어. 이러한 계면에 존재하는 Al은 공정 흐름의 이러한 지점에 증착 된 Al 금속 화 층의 오염을 나타낼 수 있습니다. 알칼리 오염은 공정의 이러한 지점에서 장치를 패턴 화하는 데 사용 된 레지스트에서 발생할 수 있습니다.

결정질 Si 기판 상에 SiO2 / 다결정 Si의 박막층 구조에서의 전기 양성 요소의 조사 - SIMS 깊이 프로파일.

그림 2 결정질 Si 기판 상에 SiO2 / 다결정 Si의 박막층 구조에서의 전기 양성 요소의 조사 - SIMS 깊이 프로파일.

Survey-SIMS 깊이 프로파일 링에 의한 일렉 포지티브 요소의 검출 한계

표 2 Survey-SIMS 깊이 프로파일에 의한 일렉 포지티브 요소의 탐지 한계

붕소도 구조에서 감지됩니다. Poly-Si의 B 레벨은 As보다 농도가 낮지 만 B가 반대 도펀트 유형 인 As를 역 도핑하여 As의 순 n 형 도핑을 감소시키기 때문에 중요합니다. Si 기판으로의 붕소 확산은 또한 As와 B가 모두 존재하는 poly-Si 아래 기판의 순수 전기 도핑에 영향을 미칩니다.

정량화 된 다른 모든 전기 양성 요소는 존재하지 않았습니다. 감지 한계는 그림의 캡션에 나열되어 있습니다.

개요

Survey-SIMS Depth Profiles는 평가되는 구조에 존재한다는 사전 지식 없이도 재료의 불순물과 불순물을 분석하는 방법을 제공합니다. 전기 음성 및 전기 양성 요소 (두 개의 개별 분석에서)를 모두 분석함으로써 탁월한 깊이 분해능과 높은 감도로 주기율표의 모든 요소를 ​​감지 할 수 있습니다. 관심 요소가 식별되면 "전통적인"자기 섹터 또는 사중 극자 SIMS 깊이 프로파일 링 도구를 사용하여 이러한 요소를 프로파일 링하여 특히 대기 오염 물질에 대한 더 나은 검출 한계를 얻을 수 있습니다.

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