Mesures SIMS de carbure de silicium

NOTE D'APPLICATION

INTRODUCTION

Le carbure de silicium est un matériau très important pour les dispositifs haute puissance, haute température, haute fréquence et rayonnement élevé en raison de ses propriétés électroniques et thermiques supérieures. Progrès spectaculaire dans les transistors de puissance à base de SiC, LED, et les capteurs ont rendu impératif de contrôler avec précision les niveaux de dopants et d’impuretés.

Spectrométrie de masse ionique secondaire (SIMS) a une sensibilité de détection très élevée pour une variété d'éléments. Sa capacité de profilage unique peut fournir une rétroaction rapide et précise du niveau de dopant, de la profondeur de jonction et de la distribution des impuretés dans un échantillon de SiC, y compris des structures de dispositif à motifs. C’est un outil essentiel pour le contrôle des processus et la résolution de problèmes croissance de plaquettes et fabrication de dispositifs.

LES BASES DE L’ANALYSE SIMS DU SiC

Faisceau primaire

Soit l'oxygène (O₂⁺) ou du césium (Cs⁺) les faisceaux d'ions primaires sont utilisés pour l'analyse SIMS. La taille de spot d'un faisceau d'ions primaires focalisé est typiquement de 2 à 20 μm. Ce faisceau primaire est tramé sur une zone carrée, généralement de plusieurs centaines de microns de côté.

Détection des ions secondaires

Les ions secondaires générés à partir de la partie centrale de la zone tramée sont mesurés après avoir été séparés en masse dans un spectromètre de masse. Dans le secteur magnétique, les instruments SIMS peuvent être détectés à l'aide de multiplicateurs d'électrons, de coupelles de Faraday ou de détecteurs d'imagerie ionique.

QUANTIFICATION DE SiC

Calibration de la concentration

Les concentrations sont calibrées sur la base de normes d'implant ionique dans du SiC propre.

Calibrage de la profondeur

Le temps d'acquisition d'un profil de profondeur est converti en profondeur à l'aide de la profondeur de cratère analytique mesurée (à l'aide d'un profilomètre à stylet).

LIMITES DE DETECTION SIMS (à / cm³) EN PROFIL PROFONDEUR *

* Les limites de détection en mode semi-en vrac ou en vrac peuvent être nettement inférieures à celles obtenues en mode de profilage en profondeur.

AMELIORATION DES LIMITES DE DETECTION DE SIMS EN SiC

Amélioration des limites de détection de N

Un vide amélioré et un Cs modifié⁺ source de courant de faisceau élevée, a conduit à une amélioration des limites de détection de N.

Amélioration des limites de détection pour B, Al et autres éléments métalliques

L'instrument utilisé se limite à la mesure des matériaux en Si, C et SiC afin de réduire les risques de contamination par d'autres matériaux. Une ouverture de champ plus grande et un diaphragme à contraste non standard sont utilisés pour augmenter la zone de détection et l'angle de collecte, augmentant ainsi la sensibilité de ces éléments.

Limites de détection sous condition de profilage en SiC

N: 2-5E15 atomes / cm³

B: 2E13 atomes / cm³

Al: 2E13 atomes / cm³

ANALYSES DE SiC TYPIQUES

• Profil de profondeur de dopants et d'impuretés, y compris dans de petits dispositifs
• Analyse en mode semi-massif d'impuretés métalliques
• SurfaceSIMS pour mesure de la contamination de surface sur des surfaces de SiC
• Analyse SIMS avec polissage d'échantillon pour accéder à des couches plus profondes ou enterrées (avant ou arrière)
• Analyse d'azote à très basse concentration
• SiO²Analyse d'interface / SiC

TECHNIQUE DE CHANGEMENT DE RASTER POUR UNE MESURE DE CONCENTRATION BAS N

La méthode de «changement de trame» fournit un moyen précis de déterminer et de supprimer la contribution de l'azote de fond au signal mesuré, car les intensités de l'azote et de la matrice peuvent être analysées au même endroit de l'échantillon en modifiant la taille du raster du faisceau un profil.

Dans cette technique, l'échantillon est initialement pulvérisé par le faisceau primaire à l'aide d'un grand raster. Une fois que le profil a atteint un niveau constant, la taille du raster principal est réduite, tandis que la zone de collecte des ions secondaires reste la même. Cela augmente la densité de courant des ions primaires dans la zone de collecte.

Un inconvénient de cette technique est qu’elle ne peut être utilisée que sur des échantillons uniformément dopés ou dans une couche suffisamment épaisse pour que la concentration soit uniforme.

Changement de raster pendant le profil N. Le N indiqué est quantifié pour le raster 50 × 50 μm

ANALYSE DE TRANCHE TOTALE SiC 4-INCH

Profil SIMS de Al et N à partir d’une plaquette SiC 2. Le profil en Al a été acquis en utilisant une pulvérisation cathodique à l'oxygène et le profil en N a été acquis en utilisant une pulvérisation au faisceau de Cs. Toute la capacité de la plaquette permet d'obtenir la concentration et l'épaisseur de dopage de chaque couche épi sans casser la plaquette. Une limite de détection de ~ 2e16 atomes / cc peut être atteinte après ~ 2 heures de pompage.

Cameca 4f modifié avec 4 «Sample Intro System»

ANALYSE SIMS DE PARTICULES DE SiC INDIVIDUELLES POUR UNE MESURE PRÉCISE DE LA CONCENTRATION EN VRAC

En utilisant une technique spéciale de préparation des échantillons et un nouveau protocole analytique SIMS, il est possible d'analyser des particules de SiC individuelles d'une taille allant de 100 μm à 500 μm dans un échantillon de poudre de SiC. Cette approche innovante élimine les contributions de la contamination de surface à la concentration en vrac.

N profils pour deux particules de SiC différentes provenant du même lot d'échantillons de poudre. Les résultats SIMS pour ces deux particules montrent une bonne cohérence de la concentration en vrac.