碳化硅的SIMS测量

应用笔记

引言

碳化硅因其优异的电子和热性能而成为高功率,高温,高频和高辐射装置的重要材料。 基于SiC的功率晶体管取得了巨大进步, LEDs和传感器使得必须精确控制掺杂剂和杂质水平。

二次离子质谱(SIMS) 对各种元素具有非常高的检测灵敏度。 其独特的分析能力可以提供SiC样品中掺杂剂水平,结深度和杂质分布的快速和精确反馈,包括图案化器件结构。 它是过程控制和解决问题的重要工具 晶圆生长和器件制造.

SiC的SIMS分析基础

主梁

氧气(O.2+)或铯(Cs+)初级离子束用于SIMS分析。 聚焦的初级离子束的光斑尺寸通常为2至20μm。 该主光束在正方形区域上光栅化,通常在一侧上达到几百微米的尺度。

二次离子的检测

在质谱仪中质量分离后,测量从光栅区域的中心部分产生的二次离子。 在磁性扇形SIMS仪器中,可以使用电子倍增器,法拉第杯或离子成像探测器检测二次离子。

碳化硅SIMS测量

SiC的量化

浓度校准

基于离子注入标准将浓度校准到清洁的SiC中。

深度校准

使用测量的分析凹坑深度(使用触针轮廓仪)将深度剖面的采集时间转换为深度。

SIMS检测极限(at / cm3)深度剖析模式*

碳化硅SIMS测量,SIMS检测限制

*半体积或体积模式下的检测限可能显着低于深度剖析模式中的检测限。

SiC中SIMS检测限的改进

提高N的检出限

改进的真空和改进的Cs+ 提供高射束电流密度的光源,导致N的检测限提高。

提高B,Al和其他金属元素的检出限

使用的仪器仅限于测量Si,C和SiC材料,以减少其他材料的潜在污染。 较大的场孔径和非标准对比度膜片用于增加检测区域和收集角度,从而提高我们对这些元素的灵敏度。

SiC中成形条件下的检测极限

N:2-5E15原子/ cm3

B:2E13原子/ cm3

Al:2E13原子/ cm3

碳化硅SIMS测量,SiC中成形条件下的检测极限

典型的SiC分析

  • 深度剖析 掺杂剂和杂质,包括在小型器件中
  • 金属杂质的半体模式分析
  • SurfaceSIMS for 表面污染测量 在SiC表面上
  • 通过样品抛光进行SIMS分析,以获得更深或埋藏的层(正面或背面)
  • 极低浓度氮分析
  • SiO2/ SiC界面分析
碳化硅SIMS测量,金属杂质的半体模式分析
碳化硅SIMS测量,SIC上背面抛光样品Ni的SIMS分析

低氮浓度测量的光栅变换技术

“光栅变化”方法提供了一种准确的方法来确定和消除背景氮对测量信号的贡献,因为通过改变初级离子束光栅尺寸,可以在样品的同一位置分析氮和基质离子强度。配置文件。

在该技术中,首先使用大光栅通过主光束溅射样品。 在配置文件达到恒定水平后,主光栅尺寸减小,而二次离子的收集区域保持不变。 这增加了收集区域内的初级离子的电流密度。

该技术的缺点在于它可以仅用于均匀掺杂的样品或者在浓度足够均匀的层中使用。

碳化硅SIMS测量,极低水平N分析的光栅变化技术

N配置文件期间的栅格更改。 显示的N是针对50×50μm栅格进行量化的

SiC 4-INCH全波分析

来自2“SiC晶片的Al和N的SIMS分布图。 使用氧束溅射获得Al分布,并且使用Cs束溅射获得N分布。 整个晶片能力提供每个外延层的掺杂浓度和厚度,而不会破坏晶片。 在泵送~2小时后,可以实现~16e2原子/ cc的检测极限。

碳化硅SIMS测量,改进的Cameca 4f样品介绍系统

修改了Cameca 4f和4“样品简介系统

碳化硅SIMS测量,单个SiC颗粒的SIMS分析,用于精确的体积浓度测量

单个SiC颗粒的SIMS分析用于准确的大块浓度测量

使用特殊的样品制备技术和新的SIMS分析方案,可以分析SiC粉末样品中尺寸范围从100μm到500μm的单个SiC颗粒。 这种创新方法消除了表面污染对体积浓度的影响。

碳化硅SIMS测量

来自同一批粉末样品的两种不同SiC颗粒的N曲线。 这两种颗粒的SIMS结果显示出良好的批量浓度一致性。

来自同一批粉末样品的两种不同SiC颗粒的N曲线。 这两种颗粒的SIMS结果显示出良好的批量浓度一致性。

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