Profils SIMS haute résolution pour les dispositifs à semi-conducteurs composés

NOTE D'APPLICATION

DISCUSSION

La mesure des concentrations de dopants et d’impuretés en profondeur dans semi-conducteurs composés est souvent accompli en utilisant Spectrométrie de masse ionique secondaire (SIMS) en raison de ses limites de détection très basses et de son excellente résolution en profondeur. Le SIMS est une technique d'analyse clé pour la recherche, le développement et le contrôle de processus d'épitaxie et de dispositifs à semi-conducteurs composés.

L'un des défis de SIMS est d'améliorer continuellement son excellente capacité de résolution en profondeur pour répondre à certaines des demandes croissantes des structures à semi-conducteurs composites. La résolution en profondeur de SIMS, ou la capacité à distinguer les différences d'impureté réelle ou de concentration matricielle avec la profondeur dans l'échantillon, est affectée par de nombreux paramètres physiques. Ceux-ci incluent le topographie de l'échantillon, la masse de l'ion primaire, l'énergie d'impact du faisceau d'ions primaires atteignant la surface, la forme du faisceau d'ions primaires (c'est-à-dire la distribution de l'intensité des ions latéraux) et la capacité instrumentale de séparer les ions secondaires provenant de la centre du cratère SIMS par rapport à ceux des parois latérales du cratère. Les conditions requises pour atteindre les limites de détection souhaitées peuvent également affecter la résolution en profondeur. Les Sims résolution en profondeur La fonctionnalité est une compilation complexe de facteurs qui doivent être optimisés pour chaque application.

Figure 1 AlGaAs / InGaAs Structure HEMT 2keV Cs Bombardement

Figure 1 AlGaAs / InGaAs Structure HEMT Bombardement 2keV Cs

Quelques exemples illustrant les avancées en matière de capacité de résolution en profondeur du SIMS et la valeur pour l’ingénieur en semi-conducteur sont donnés ici pour: Structures HEMT. La figure 1 est un profil SIMS de Si, O, In et Al dans une structure HEMT AlGaAs / InGaAs. L'ion primaire est Cs + et l'énergie d'impact de l'ion primaire est 2 keV. La combinaison d’un ion primaire lourd (Cs) et d’une faible énergie d’impact (2 keV) est nécessaire pour une résolution en profondeur optimale.

Le même échantillon a été analysé en utilisant une énergie d’impact 1 keV afin de pouvoir comparer les résolutions de profondeur dérivées des énergies d’impact 1 keV et 2 keV. La figure 2 est un graphe de superposition des signaux Al, O et In pour 1 keV (lignes continues) et 2 keV (lignes pointillées). Considérons d’abord les signaux Al. Aux environs de 1100Å nm, le signal Al chute brusquement à la première interface de la couche InGaAs. La netteté de cette chute est plus grande pour l’énergie d’impact 1 keV et la «vallée» apparente du signal Al est plus profonde pour l’énergie d’impact 1 keV. Ceci est un résultat direct de l’amélioration de la résolution en profondeur. Pour le signal In, nous observons un effet similaire en ce sens que la netteté de la diminution de In à la deuxième interface (~ 1300Å nm) est supérieure pour une énergie d’impact 1 keV. Pour le signal O, nous voyons que la largeur de la concentration en oxygène d'interface aux environs de 1750Å nm est plus étroite pour une énergie d'impact 1 keV et que la netteté du signal de réduction du signal d'oxygène est plus grande pour une énergie d'impact 1 keV.

Figure 2 Comparaison des profils O et Al sous 2keV et 1keV

Figure 2 Comparaison des profils O et Al sur 2keV et 1keV

Une comparaison similaire de l'effet d'un keV 1 sur un keV 2 est illustrée à la figure 3 pour le profil Si si dans le même échantillon. Dans ce cas, les profils montrent peu, voire aucune différence; l’énergie 2 keV pourrait être utilisée pour accélérer l’analyse sans sacrifier la résolution.

Figure 3 Comparaison des profils Si à 1keV et 2keV

Figure 3 Comparaison des profils Si à 1keV et 2keV

Afin d'illustrer l'importance de l'amélioration de la résolution en profondeur SIMS, un faisceau d'ions primaires à faible énergie d'impact a été utilisé pour profiler les couches Si delta en BON et MAUVAIS 300 × 300 µm2 Appareils PHEMT. Notez que dans ce cas l'énergie d'impact était la même pour les deux échantillons. La figure 4 montre une comparaison par superposition des signaux Si, Al et In dans les échantillons GOOD et BAD. Les données montrent que la première couche de Si delta dans l'échantillon BAD a diffusé plus que dans l'échantillon BON. Cette différence de diffusion est facilement visible, et la possibilité de voir cette différence est une conséquence directe de la capacité de résolution en profondeur du SIMS utilisée dans cette mesure.

Figure Comparaison des PHEMT bons et mauvais de 4

Figure 4 Bonne et mauvaise comparaison PHEMT

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