化合物半導体デバイス用の高分解能SIMSプロファイル

アプリケーションノート

考察

深さ方向のドーパントおよび不純物濃度の測定 化合物半導体 よく使われる 二次イオン質量分析法(SIMS) その非常に低い検出限界および優秀な深さの決断のため。 SIMSは、化合物半導体エピタキシーおよびデバイスの研究、開発、およびプロセス制御のための重要な分析技術である。

SIMSの課題の1つは、化合物半導体構造の増大する要求のいくつかを満たすためにその優れた深さ分解能能力を継続的に改善することである。 SIMS深さ分解能、または実際の不純物またはマトリックス濃度の差をサンプル中の深さと区別する能力は、多くの物理的パラメータによって影響を受ける。 これらには 地形 試料の質量、一次イオンの質量、表面に衝突する一次イオンビームの衝突エネルギー、一次イオンビームの形状(すなわち、横方向のイオン強度分布)、およびそれから生じる二次イオンを分離する機器の能力。 SIMSクレーターの中心とクレーターの側壁からの中心。 所望の検出限界を達成するために必要とされる条件もまた、深度分解能に影響を及ぼし得る。 シムズ 深度分解能 機能は、各アプリケーションに合わせて最適化する必要がある要素を複雑にまとめたものです。

図1 AlGaAs / InGaAs HEMT構造2keV Csボンバードメント

図1 AlGaAs / InGaAs HEMT構造2keV Csボンバードメント

SIMS深度分解能機能の進歩、および半導体エンジニアにとっての価値を示すいくつかの例をここに示します。 HEMTの構造。 図1は、AlGaAs / InGaAs HEMT構造におけるSi、O、In、AlのSIMSプロファイルです。 一次イオンはCs +であり、一次イオンの衝突エネルギーは2 keVです。 最適な深さ分解能を得るには、重い一次イオン(Cs)と低衝撃エネルギー(2 keV)の組み合わせが必要です。

1 keVの衝撃エネルギーと1 keVの衝撃エネルギーから導き出される深さ分解能の間で比較を行うことができるように、同じサンプルを2 keVの衝撃エネルギーを用いて分析した。 図2は、1 keV(実線)と2 keV(点線)のAl、O、In信号のオーバーレイプロットです。 まず、Al信号について考えます。 約1100Ånmでは、Al信号はInGaAs層の最初の界面で急激に落ち込みます。 この低下の鋭さは、1 keVの衝撃エネルギーに対してより大きく、Al信号の見かけの「谷」は、1 keVの衝撃エネルギーに対してより深い。 これは深度分解能の向上による直接的な結果です。 In信号の場合、1300 keVの衝突エネルギーでは、第2の界面(〜1Å)でのInの鋭さの減少が大きいという点で、同様の効果が見られます。 O信号では、1750 keVの衝突エネルギーでは1Ånmでの界面酸素濃度の幅が狭くなり、1 keVの衝突エネルギーでは酸素信号の減衰の鋭さが大きくなります。

図2 2keVと1keVでのOとAlのプロファイルの比較

図2 2keVと1keVでのOおよびAlプロファイルの比較

1 keVと2 keVの効果の同様の比較を、同じサンプルのSiプロファイルについて図3に示します。 この場合、プロファイルに違いがあってもプロファイルはほとんど表示されません。 2 keVエネルギーを使用すると、分解能を犠牲にすることなく分析を高速化できます。

3keVと1keVでのSiプロファイルの比較

図3 1keVと2keVでのSiプロファイルの比較

改善されたSIMS深度分解能の重要性を説明するために、低衝撃エネルギーの一次イオンビームを使用して、GOODおよびBAD300×300µmのSiデルタ層のプロファイルを作成しました。2 PHEMTデバイス この場合、衝撃エネルギーは両方のサンプルで同じであることに注意してください。 図4は、GOODサンプルとBADサンプルのSi、Al、およびIn信号のオーバーレイ比較を示しています。 データは、BADサンプル中の第1のSiデルタ層が、GOODサンプル中よりも多く拡散していることを示している。 この拡散の違いは容易に見て取ることができ、この違いを見ることができることは、この測定で使用されているSIMS深度分解能機能の直接の結果です。

図4良好および不良PHEMT比較

図4 良いと悪いPHEMT比較

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