Services de spectrométrie de rétrodiffusion de Rutherford (RBS)

NOTE TECHNIQUE: RBS SERVICES

DONNÉES TYPIQUES

Ci-dessous sont superposés RBS spectres de WSix films avec trois différents rapports Si / W. Le pic à haute énergie (nombre de canaux élevé) correspond à une diffusion du W dans le film, tandis que le pas à une énergie plus faible correspond à une diffusion à partir de Si. En mesurant les intensités (rendement) des signaux W et Si et en corrigeant les sections efficaces de diffusion de W et Si, le rapport exact de Si / W peut être déterminé dans les limites de 1-2. La largeur du pic W est directement proportionnelle à l'épaisseur du WSix couche. En utilisant des valeurs connues pour les puissances d'arrêt de He en W et Si, il est possible de calculer l'épaisseur du WSix couche.

Analyse RBS de films 150nm WSi avec différents rapports Si / W

RBS services présente l'analyse RBS de films 150nm WSi avec différents rapports Si / W

Des rapports Si / W très précis peuvent être déterminés en mesurant les intensités des pics de diffusion de W et de Si et en corrigeant la section efficace de diffusion de chaque élément. L'épaisseur du film peut également être déterminée.

DES PRINCIPES

Au cours d’une mesure RBS, il présente une haute énergie (MeV)2+ les ions (c'est-à-dire les particules alpha) sont dirigés sur un échantillon, ainsi que la distribution de l'énergie et le rendement du He rétrodiffusé2+ les ions à un angle donné sont enregistrés. Les énergies des particules rétrodiffusées dépendent à la fois de la masse d'atomes à partir desquelles elles se dispersent (facteur cinématique) et de la profondeur à laquelle une collision se produit (facteur de perte d'énergie). Le nombre d'ions rétrodiffusés est directement proportionnel à la concentration d'un élément donné. La probabilité d’un événement de rétrodiffusion étant connue pour tous les éléments (section efficace de rétrodiffusion), il est possible de déduire des valeurs quantitatives. profils de profondeur des spectres RBS pour des films minces dont l’épaisseur est inférieure à 1µm.

Dans le cas de l'hydrogène, il n'y a pas de rétrodiffusion, mais en plaçant l'échantillon sous un angle de projection par rapport au He2+ Les atomes d'hydrogène H du faisceau d'ions peuvent être dispersés vers l'avant hors de l'échantillon et recueillis. Cela permet de quantifier la quantité de H dans les films minces en utilisant une feuille mince pour filtrer les atomes de He diffusés vers l'avant, tout en ne transmettant que les atomes de H diffusés en avant. Cette analyse séparée de H s'appelle HFS (Hydrogen Forward Scattering).

APPLICATIONS COMMUNES

La capacité de RBS à fournir une composition de film de haute précision sans utiliser de normes le rend idéal pour le analyse compositionnelle of semi-conducteur et d'autres films minces.

Les applications comprennent:

  • Profil de profondeur de composition de film mince de semi-conducteur:
    • Siliciures métalliques: WSi, FeSi, CoSi, TiSi, etc.
    • Nitrures: TiN, TaN, TaAlN
    • Diélectriques: SiO2, Péché
    • Diélectriques à K élevé: HfO2, HfSiO
    • Diélectriques à faible K: SiOCH
  • Composition de la couche semi-conductrice:
    • SiGe, AlGaAs, InGaAs, etc.
  • Profilage en profondeur de la composition du revêtement optique:
    • TiO2, SiO2, HfO2
  • Hydrogène en couches minces SiO2, SiN, SiOCH, DLC, etc.
  • Dosimétrie par implants ioniques (éléments Z élevés):
    • As, Sb, En dose
  • Profilage des dommages dans des échantillons monocristallins:
    • Implant ionique, polissage, recuit

POINTS FORTS

  • Quantitatif sans avoir besoin d'étalons de référence
  • Profils de profondeur du haut ~1μm
  • Détermine l'épaisseur du film
  • Peut analyser des échantillons isolants et conducteurs
  • Peut mesurer H et tous les autres éléments sauf He, Li, Be
  • Peut analyser des wafers complets jusqu'à 300mm
  • Non destructif

LIMITATIONS

  • Limites de détection généralement mauvaises pour B, C, N, O (3-5 at-%)
  • Peut ne pas être en mesure de résoudre des éléments plus lourds de masse similaire (par exemple, Cu de Zn ou W de Ta)
  • Plus petit domaine d'analyse ~Diamètre 2mm
  • L'échantillon doit être compatible avec le vide

COMPARAISONS TECHNIQUES

RBS est très complémentaire d'autres techniques utilisées pour l'analyse de couches minces, telles que Spectroscopie électronique Auger (AES) et de la Spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS). RBS a des limites de détection plus basses que ces techniques pour les éléments lourds, mais des limites de détection plus élevées pour les éléments légers. Auger offre une résolution spatiale bien meilleure, mais peut avoir des problèmes avec l'analyse d'échantillons isolants. Le XPS peut fournir une détermination de l'état chimique en plus de la quantification élémentaire. Auger et XPS n’échantillonnent que la partie supérieure. ~10nm de matériaux et utilisez la pulvérisation cathodique par faisceau ionique pour retirer les matériaux de l’échantillon afin d’obtenir un profil de profondeur. Ce processus de pulvérisation cathodique peut modifier le matériau analysé, d'où des résultats quantitatifs moins précis. RBS ne pulvérise pas l'échantillon, il est donc généralement en mesure de fournir des résultats quantitatifs plus précis.

RBS peut également être utilisé pour déterminer l’épaisseur du film de manière non destructive, afin de pouvoir être utilisé à la place de Microscopie électronique à balayage (MEB) or Microscopie électronique à transmission (TEM) section transversale. Cependant, pour obtenir une épaisseur de film à partir de données RBS, il faut supposer une densité pour le film, ce qui crée une source d'erreur supplémentaire. Inversement, si l’on connaît l’épaisseur physique du film à partir d’une autre technique, telle que le MET ou le SEM, la densité du film peut être calculée à l’aide des données RBS. RBS est complémentaire à Analyse de réflectivité aux rayons X (XRR), qui peut également déterminer la densité et l’épaisseur du film, mais ne détermine pas la composition du film.

RBS À EAG

EAG est un leader mondial des services RBS, ayant développé un logiciel d'analyse et une instrumentation RBS propriétaires utilisés dans d'autres laboratoires à travers le monde. Nous avons deux instruments RBS situés dans notre laboratoire de Sunnyvale, en Californie, et proposons des analyses RBS depuis plus de 25 ans. EAG possède une expérience RBS inégalée dans l'analyse d'une large gamme de matériaux.

DESCRIPTION

La spectrométrie de rétrodiffusion de Rutherford (RBS) est une technique de diffusion ionique utilisée principalement pour l'analyse de la composition en couches minces. RBS est unique en ce sens qu'il permet la quantification sans utiliser d'étalons de référence et est fréquemment utilisé pour calibrer d'autres méthodes analytiques. C'est généralement la méthode de choix pour l'analyse quantitative de la composition des films minces utilisés pour les semi-conducteurs, les revêtements optiques et d'autres applications dans lesquelles le contrôle de la composition du film est crucial.

Icône représentant la spectrométrie de rétrodiffusion de Rutherford (RBS)

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