Multi-technique composition, coverage and band gap analysis of ALD-grown ultra thin films
Aplikace | 2020 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Charakterizace ultrajemných vrstev vysokodielektrik HfO₂, připravených metodou ALD (atomic layer deposition), je klíčová pro vývoj moderních polovodičových zařízení. Přesné stanovení složení, tloušťky, pokrytí povrchu a šířky zakázaného pásu ovlivňuje kvalitu a spolehlivost MOSFETů, paměťových prvků a dalších elektronických součástek.
Cílem aplikace více analytických technik je ověřit všestrannost systému Thermo Scientific Nexsa XPS pro komplexní hodnocení ALD vrstev HfO₂. Studie sledovala:
Systém Nexsa XPS spojuje vysoce výkonné rentgenová fotoelektronová měření (XPS) s dalšími technikami: ISS, REELS, UPS, Raman a AES. V této studii byly použity zejména:
1) Tloušťka a složení vrstev:
2) Pokrytí povrchu:
3) Band gap:
Sjednocení více technik v jednom systému nabízí řadu výhod:
Očekávané směry rozvoje zahrnují:
Systém Thermo Scientific Nexsa XPS prokázal schopnost poskytovat komplexní a kvantitativní data o složení, tloušťce, pokrytí povrchu a elektronických parametrech ALD vrstev HfO₂. Integrovaný přístup výrazně urychluje QC procesy a podporuje vývoj pokročilých polovodičových technologií.
V aplikaci nebyly uvedeny konkrétní literární citace.
X-ray
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Charakterizace ultrajemných vrstev vysokodielektrik HfO₂, připravených metodou ALD (atomic layer deposition), je klíčová pro vývoj moderních polovodičových zařízení. Přesné stanovení složení, tloušťky, pokrytí povrchu a šířky zakázaného pásu ovlivňuje kvalitu a spolehlivost MOSFETů, paměťových prvků a dalších elektronických součástek.
Cíle a přehled studie
Cílem aplikace více analytických technik je ověřit všestrannost systému Thermo Scientific Nexsa XPS pro komplexní hodnocení ALD vrstev HfO₂. Studie sledovala:
- Hmotnostní a chemické složení vrstev po jednotlivých ALD cyklech pomocí XPS
- Tloušťku HfO₂ a podkladového SiO₂ odvozenou z intenzit XPS signálů
- Povrchové pokrytí HfO₂ procesem ALD detekcí Si přes povrchové ISS
- Šířku zakázaného pásu HfO₂ pomocí REELS
Použitá metodika a instrumentace
Systém Nexsa XPS spojuje vysoce výkonné rentgenová fotoelektronová měření (XPS) s dalšími technikami: ISS, REELS, UPS, Raman a AES. V této studii byly použity zejména:
- XPS: survey spektra pro kvantifikaci Hf, O a Si a výpočet tloušťek vrstev na základě Beer‐Lambertovy rovnice prostřednictvím softwaru Avantage
- ISS (He⁺ ion scattering): detekce povrchové monovrstvy, vyhodnocení výskytu Si signálu jako indikátoru neúplného pokrytí
- REELS (reflected electron energy loss): měření náběhu energetických ztrát pro stanovení šířky zakázaného pásu
Hlavní výsledky a diskuse
1) Tloušťka a složení vrstev:
- XPS survey spektra ukázala nárůst intenzity Hf signálu úměrně počtu ALD cyklů.
- Avantage Data System přepočetl relativní intenzity Hf a Si na tloušťku vrstvy od 0 do ~10 nm.
2) Pokrytí povrchu:
- ISS spektra prokázala postupné potlačení Si signálu s rostoucím počtem ALD cyklů.
- Mezi 20 a 50 cykly dosáhla HfO₂ úplného pokrytí, po 50 cyklech byl Si signál zcela potlačen.
3) Band gap:
- REELS spektrum po 100 cyklech umožnilo rychlé určení náběhu inelastického rozptylu.
- Software automaticky vyhodnotil šířku zakázaného pásu v řádu několika elektronvoltů, v souladu s očekávanými hodnotami pro HfO₂.
Přínosy a praktické využití metody
Sjednocení více technik v jednom systému nabízí řadu výhod:
- Rychlá a plně automatizovaná charakterizace chemického složení, tloušťky, pokrytí a elektronických vlastností bez přenosu vzorku mezi přístroji
- Vyšší reprodukovatelnost a efektivita kontrolních procesů v ALD výrobě
- Možnost kontinuálního sledování kvality vrstev v průmyslové či výzkumné laboratoři
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekávané směry rozvoje zahrnují:
- Integrované in situ monitorování ALD procesů pro okamžitou úpravu depozičních parametrů
- Rozšíření o techniky UPS a AES pro detailní analýzu elektronové struktury a znečištěných vrstev
- Implementace strojového učení pro prediktivní modely růstu a vlastností tenkých vrstev
- Aplikace na nové materiály jako 2D dielektrika, fotovoltaické vrstvy a katalytické povlaky
Závěr
Systém Thermo Scientific Nexsa XPS prokázal schopnost poskytovat komplexní a kvantitativní data o složení, tloušťce, pokrytí povrchu a elektronických parametrech ALD vrstev HfO₂. Integrovaný přístup výrazně urychluje QC procesy a podporuje vývoj pokročilých polovodičových technologií.
Reference
V aplikaci nebyly uvedeny konkrétní literární citace.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Composition, coverage and band gap analysis of ALD-grown ultra thin films
2018|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
APPLICATION NOTE AN52344 Composition, coverage and band gap analysis of ALD-grown ultra thin films Authors Introduction Paul Mack, Senior Application Scientist Robin Simpson, Application Scientist Building on the success of the Thermo Scientific™ K-Alpha XPS system, the Thermo Scientific™ Nexsa…
Klíčová slova
ald, aldthickness, thicknessxps, xpsnexsa, nexsagap, gapband, bandfilm, filmcycles, cyclesiss, isscalculate, calculateenergy, energyscattered, scatteredatoms, atomssurface, surfacethin
Nexsa Surface Analysis System Brochure
2018|Thermo Fisher Scientific|Brožury a specifikace
Nexsa Surface Analysis System High-performance XPS with multi-technique integration Confident analysis Surface and interface analysis can be challenging. It requires instrumentation that can deliver results with confidence to inform the next steps. The Thermo Scientific™ Nexsa™ Surface Analysis System is…
Klíčová slova
xps, xpsnexsa, nexsasnapmap, snapmapmagcis, magcisavantage, avantagesource, sourceray, raysurface, surfaceraman, ramandual, dualmodule, modulereels, reelsarxps, arxpsflood, floodspectroscopy
Instrumentation for surface analysis
2021|Thermo Fisher Scientific|Brožury a specifikace
Instrumentation for surface analysis Surface chemistry and thin film characterization X-ray photoelectron spectroscopy Quantitative, chemical identification of the surface X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS, also known as Electron Spectroscopy for Chemical Analysis – ESCA) is a highly surface-sensitive, quantitative, chemical analysis…
Klíčová slova
xps, xpsspectroscopy, spectroscopymagcis, magcisescalab, escalabqxi, qximonatomic, monatomicsource, sourcesurface, surfaceion, iondepth, depthmicroprobe, microprobereels, reelsenergy, energyfinancing, financingavantage
Characterization of High-k Dielectric Materials on Silicon Using Angle Resolved XPS
2008|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application Note: 31021 Characterization of High-k Dielectric Materials on Silicon Using Angle Resolved XPS Introduction Key Words • Surface Analysis • Chemical State • Distribution of Elements • Film Thickness • Uniformity The decreasing dimensions of transistors in integrated circuits…
Klíčová slova
layer, layersilicon, siliconthickness, thicknessarxps, arxpsuniformity, uniformitydielectric, dielectricdioxide, dioxidebinding, bindinglayers, layersoxide, oxidexps, xpsinterfacial, interfacialchemical, chemicaldeposition, depositionhafnium