Zerstörungsfreie, ultra-sensitive µXRF-Messungen in der Halbleiterindustrie

Als sehr sensitive Methode mit einer Nachweisgrenze im ppm-Bereich, war die Sekundärionen-Massen­spektro­metrie (SIMS) lange Zeit das Mittel der Wahl bei der Fehleranalyse in der Halbleitertechnik. 

Ein Nachteil dieser Methode ist, dass es auf Grund des fokussierten Ionen­strahls zu einem Materialabtrag kommt und sich nicht zerstörungsfrei arbeiten lässt. Ein weiterer Nach­teil ist die lange Messzeit von ca. 30 Minuten pro Messpunkt, gerade wenn es um sehr genaue Mes­sungen geht. Neue Materialien und Probenzusammensetzungen bringen diese Analysemethode außerdem an ihre Grenzen. Als Folge kann es zu Fehlern in der Quantifizierung kommen, die durch Variationen in der Sputterrate, welche z.B. durch nichtplanare Strukturen [1] oder Verun­reinigungen in auf Hafnium basierenden High-k-Dielektrika [2] entstehen, hervorgerufen werden.

Unsere neuartige µXRF-Mess­me­thode ist eine sehr gute Alter­native für die Dotierungs- und Zusammen­setzungsanalyse, die ohne die genannten Einschränkungen auskommt. Das µXRF-System Attomap™ unseres Lieferanten Sigray arbeitet zerstörungsfrei und kann z. B. Sub-50 µm-Test-Pads in wenigen Sekunden vermessen. Wir erreichen Auflösungen im Mikrometer- und Sensitivitäten im Sub-Femtogramm-Bereich.

Die Abbildung zeigt exemplarisch das Ergebnis einer Probenmessung bzgl. des Verhältnisses von Zirkonium und Hafnium mit einem Wert von 5.39X.

Für weitere Informationen und Mess­ergebnisse steht Ihnen Dr. Andreas Bergner gerne zur Verfügung.

[1] AA Budrevich and W Vandervost. “Chapter 5: SIMS Analysis on the Transistor Scale: Probing Composition and Dopants in Nonplanar, Confined 3D Volumes,” Metrology and Diagnostic Techniques for Nanoelectronics. Eds: Z Ma and DG Seiler (2017) Pan Stanford Publishing Pte. Ltd.

[2] T Hasegawa, S Akahori. “High reliable quantification analysis of impurities in high-k gate dielectrics by SIMS,” Special Issue on the Depth Profiling of Ultra Thin Films 28:11 (2007): 638-641.