炭化ケイ素のSIMS測定

アプリケーションノート

はじめに

炭化ケイ素は、その優れた電子特性および熱特性のために、高出力、高温、高周​​波および高放射デバイスにとって非常に重要な材料です。 SiCベースのパワートランジスタの劇的な進歩 LEDのそして、センサーはドーパントおよび不純物レベルを正確に制御することを必須としている。

二次イオン質量分析法(SIMS) 様々な元素に対して非常に高い検出感度を示します。 その独自のプロファイリング機能により、パターン化されたデバイス構造を含む、ドーパントレベル、接合深さ、およびSiCサンプル中の不純物分布を迅速かつ正確にフィードバックできます。 それはプロセス制御と問題解決のための不可欠なツールです。 ウェーハ成長とデバイス製造.

SiCのSIMS分析の基本

一次ビーム

どちらかの酸素(O2+)またはセシウム(Cs)+一次イオンビームはSIMS分析に使用される。 集束一次イオンビームのスポットサイズは典型的にはXNUMX〜XNUMXμmである。 この一次ビームは、通常一辺が最大数百ミクロンの大きさの正方形の領域にラスターされています。

二次イオンの検出

ラスタ領域の中央部分から発生した二次イオンは、質量分析計で質量分離された後に測定される。 磁気セクタSIMS機器では、二次イオンは、電子増倍管、ファラデーカップ、またはイオンイメージング検出器を使用して検出することができる。

炭化ケイ素SIMS測定

SiCの定量化

濃度キャリブレーション

濃度は、クリーンなSiCへのイオン注入規格に基づいて調整されます。

深度キャリブレーション

深さプロファイルの取得時間は、測定された分析的クレーター深さを使用して(スタイラスプロフィロメータを使用して)深さに変換される。

SIMS検出限界(at / cm3)深さプロファイリングモードで*

炭化ケイ素SIMS測定、SIMS検出限界

*セミバルクまたはバルクモードでの検出限界は、深さプロファイリングモードで得られたものよりかなり低いかもしれません。

SiCのSIMS検出限界の改善

Nの検出限界の改善

改良された真空と改良されたCs+ 高いビーム電流密度を提供する光源は、Nに対する検出限界の改善をもたらした。

B、Al、その他の金属元素の検出限界の改善

使用される機器は、他の材料からの潜在的な汚染を減らすために、Si、C、およびSiC材料の測定に限定されています。 大きな視野絞りと標準外のコントラストダイアフラムを使用して、検出領域と集光角を拡大しているため、これらの要素に対する感度が向上します。

SiCのプロファイリング条件下での検出限界

N:2-5E15アトム/ cm3

B:2E13アトム/ cm3

Al:2E13原子/ cm3

炭化ケイ素SIMS測定、プロファイリング条件下でのSiCの検出限界

典型的なSiCの分析

  • 深さプロファイリング 小型デバイスを含むドーパントおよび不純物の除去
  • 金属不純物のセミバルクモード解析
  • のSurfaceSIMS 表面汚染測定 SiC表面
  • サンプル研磨を使用したSIMS分析により、より深い層または埋め込まれた層(前面または背面)にアクセスできます。
  • 極低濃度窒素分析
  • SiO2/ SiC界面解析
炭化ケイ素SIMS測定、金属不純物のセミバルクモード分析
炭化ケイ素SIMS測定、SIC上のバック研磨されたサンプルNiのSIMS分析

低N濃度測定のためのラスター交換技術

窒素イオン強度とマトリックスイオン強度の両方が、サンプルの同じ場所で分析中に一次イオンビームラスターサイズを変更することによって分析できるため、「ラスター交換」法は、測定信号に対するバックグラウンド窒素の寄与を決定および除去する正確な方法を提供する。プロファイル

この技術では、サンプルは最初に大きなラスタを使用して一次ビームによってスパッタリングされる。 プロファイルが一定のレベルに達すると、一次ラスタサイズは縮小しますが、二次イオンの収集領域は変わりません。 これは収集領域内の一次イオンの電流密度を増加させる。

この技術の不利な点は、均一にドープされた試料上で、または濃度が均一であるのに十分厚い層でしか使用できないことである。

炭化ケイ素SIMS測定、極低レベルN分析のためのラスターチェンジ技術

Nプロファイル中のラスター変更。 示されているNは、50×50μmラスターで定量化されています

SiC 4-INCHホールウェーハ解析

2” SiCウエハからのAlとNのSIMSプロファイル Alプロファイルは酸素ビームスパッタリングを用いて得られ、NプロファイルはCsビームスパッタリングを用いて得られた。 ウェハ全体の能力は、ウェハを破壊することなく各エピ層のドーピング濃度および厚さを提供する。 〜XNUMXeXNUMX原子/ ccの検出限界は、〜XNUMX時間の排気後に達成することができる。

炭化ケイ素SIMS測定、改良Cameca 4fサンプルイントロシステム

4”サンプルイントロシステムによる修正Cameca 4f

炭化ケイ素のSIMS測定、正確なバルク濃度測定のための個々のSiC粒子のSIMS分析

正確なバルク濃度測定のための個々のSiC粒子のSIMS分析

特別な試料調製技術および新しいSIMS分析プロトコルを使用して、SiC粉末試料中のXNUMXμmからXNUMXμmの範囲のサイズを有する個々のSiC粒子を分析することができる。 この革新的なアプローチは、表面汚染からバルク濃度への寄与を排除します。

炭化ケイ素SIMS測定

同じバッチの粉末サンプルからの2つの異なるSiC粒子のNプロファイル。 これら2つの粒子についてのSIMSの結果は、良好なバッチバルク濃度の一貫性を示している。

同じバッチの粉末サンプルからの2つの異なるSiC粒子のNプロファイル。 これら2つの粒子についてのSIMSの結果は、良好なバッチバルク濃度の一貫性を示している。

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