誘電体薄膜中のアルカリ汚染

アプリケーションノート

酸化物および他の誘電体層の性能 電子デバイス 低レベルの可動イオンアルカリによって損なわれる可能性があります 汚染 Li、Na、Kなど。 ダイナミックSIMS 深さプロファイリング測定は優れた検出限界を提供します(≈5E13/ cm2)およびこれらの汚染物質の正確な詳細分布。 したがってSIMSは強力な診断ツールであり、汚染低減プログラムにおいて重要な役割を果たします。

SIMS分析の間、荷電イオンビームを用いて試料をプロファイルするので、これらの移動種は酸化物/基板界面にドリフトする可能性がある。 正確な電荷補償は、複雑な誘電体構造中の可動イオンの正しい濃度および深さ分布を得るために分析中に最も重要である。 図1は、その上のボロホスホシリケートガラス(BPSG)フィルム中のNaのSIMSプロファイルを示す。 半導体 デバイス。 両方のNaプロファイルは、かなりのNaがBPSG / Si界面(XNUMXnm)に移動しなかったという点で、適度に良好な電荷補償を示す。 しかしながら、青い曲線(最適化されていない電荷補償)は、XNUMXnmでの界面からのBPSG層へのNaの拡散を示すように見える。 これはNaがBPSGに組み込まれているメカニズムに関して誤解を招くかもしれません。 正しいNaプロファイル(赤)は、実際には、ごくわずかなNaが実際にBPSGに組み込まれていることを示しています。 実質的に全てのNaがXNUMXnmの堆積中断界面に保持されている。 小さいNaピークが依然としてBPSG / Si界面で検出されており、これは間違いなく本当の汚染ピークである。

図1

図1

ひずみとプラズマエッチングの表面効果

図2は、SiN / SiOからなるデバイス構造の単一解析で得られたNa、K、B、P、Al、C、Oの深さプロファイルです。2/ BPSG / SiO2/ Poly-Si / SiO2/ Si。 アルカリ元素の正確な定量化および詳細な分布により、プロセス中のどこで可動イオンが層内に導入されているのかを正確に決定することが可能になる。 例えば、NaおよびKピークの存在とAlのピークとの間の対応は、アルカリ汚染が、3つのAl金属I、金属IIおよび金属IIIが堆積されたプロセス中の点で導入されたことを示す。

図2

図2

デバイスパッシベーション層の正確なSIMSプロファイルは、誘電体プロセスの多くの局面を明らかにすることができる。 Cプロファイルは最上部のSiOが2 層(XNUMXum〜XNUMXum)はシラン(SiH)から堆積された。4一方、次の2層におけるより高いレベルは、これらの層がテトラエチルオルトシリケート(TEOS)源から堆積されたことを示す。

同じSIMS分析を使用して、層スタック内のBPSG層内のBおよびPを測定および定量化することもできる。

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