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LEXES (低エネルギーX線分析)

Analytical Resolution versus Detection Limit

LEXESとは?

低エネルギーの電子線の照射により、試料表面から放出される特性X線を検出する手法。
数nmから数百nmの深さ情報を得ることができる。

薄膜組成、浅い注入ドーズ量評価に最適 な手法

図

特性X線の強度はイオン注入ドーズ量、膜厚に比例

図

LEXES( Shallow Probe 300 )の特徴

高精度な分析手法ですので、面内均一性の評価や試料間比較に最適です。
O,C,Nなどの軽元素も定量できます。

  • 高精度測定手法(データの再現性:1-2%程度 )
  • BeからUまで分析可能(元素毎の個別測定)
  • 非破壊測定
  • nm領域からサブμm領域の分析深さ
  • 試料サイズは小さな試料から300mmウエハサイズまで対応(分析領域は10~100μm程度)
  • 検出感度は1e13~1e14atoms/cm2(元素依存性あり )

主な応用例

  • 浅いイオン注入のドーズ量評価
  • プラズマドーピングのドーズ量評価
  • ゲート絶縁膜(SiON,HfO2,HfSiON等のhigh-k膜など)の組成評価
  • ALD膜の組成評価
  • SiGe膜の組成評価
  • 酸化物薄膜、金属薄膜の組成評価
  • エピ膜の組成評価(AlGaNなど)
  • バリア膜の組成評価(TiN(Cl),TaNなど)
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LEXES分析の精度はどのくらい?(繰り返し測定精度の確認)

■ 目的
  • LEXES装置の繰り返し測定精度の調査
  • 生データのばらつきの調査
■ 試料
  • 300mm ウエハAsイオン注入試料( 2keV, 1.00E+15 at/cm2)
■ 測定
  • ウエハ内25ポイント測定。(各ポイントは5回の繰り返し測定を実施)
  • 3ヶ月間の40測定を実施。約10回については3から4測定毎に試料の出し入れを行う。

【1つの定量換算係数を全データに用いた場合(生データのバラツキ】

図

【各測定日毎に定量換算係数を使用した場合】

図

LEXES分析の測定精度

■ As Implanted into 300mm Si Wafer

1%以下の精度で分析可能!!

2keV As Implanted SPC Wafer Average RDS
1つの定量換算係数を用いた場合 8.77e14 1.33%
各測定日毎に定量換算係数を用いた場合 8.83e14 0.64%

■ 300mmウエハの面内注入ドーズ分布の評価

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■ イオン注入機の微小ドーズ量変化(5%)の検出

イオン注入機のドーズ量を5%ずつ変化させた試料のLEXESと注入ドーズ量の関係。各測定ポイントの測定バラツキ(σ)は0.5%以下であり、LEXESでは5%のドーズ量の変化を容易に検出できることがわかる。

グラフ

SiGeエピウエハのGe組成分布

■ 9ポイントのライン分析(各ポイント4回再現性測定)
図
■ 200mmウエハの9ポイントライン分析
図
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極薄SiON膜におけるO, Nの評価

プロセス温度の異なる7種類のSiON膜試料のO,N量測定結果。1試料当たり10ポイント測定を行った。
温度変化に伴うO,N量の変化を明瞭に検出することができる。

図

AlGaNエピ膜のAl組成分析

LEXESとPL(フォトルミネッセンス測定)の比較

図

膜厚5nmの Al2O3膜(ALD法)の組成・膜厚分布

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膜厚5nmの Al2O3膜(ALD法)中カーボンの濃度分布

図

W 膜の膜厚分布(atoms/cm2)

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ウエハエッジ近傍におけるW膜厚分布の試料間比較

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Cu/Ta/TaN/SiO2構造試料の膜厚分布 (Cu膜厚)

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Cu/Ta/TaN/SiO2構造試料の膜厚分布 (TaN膜厚)

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