LE-XRF in der Halbleitermesstechnik: Experimente & Ergebnisse mit Sigray AttoMap™ – Teil 2
Experimente und Ergebnisse
Das AttoMap-310 wurde für hochpräzise µXRF-Analysen (Al, F, Ge, Mo, N) in der Halbleiterforschung entwickelt. Die Kombination aus Sigrays patentierter SiC-Anode und axialsymmetrischen Röntgenspiegellinsen ermöglicht eine bisher unerreichte Signalqualität für Messungen im niedrigen Energiebereich.
I. Aluminium:
Aluminium ist ein essenzielles Material in modernen Transistoren [2]. Zur präzisen Messung von Al-Dicken im Sub-Angström-Bereich muss ein System Al effizient anregen. Bisherige LE-XRF-Methoden sind limitiert, da Al-basierte Quellen Al nicht anregen und höhere Energien (z. B. Cr-Kα, 5,4 keV) zwar Al-Fluoreszenz erzeugen, aber auch störendes Hintergrundrauschen durch Si-Fluoreszenz (1,74 keV) und inelastische Streuung verursachen.
Das AttoMap-310 verwendet ein siliziumbasiertes Röntgentarget, das einen nahezu monochromatischen 1,74 keV-Strahl erzeugt – ideal zur Al-Anregung, ohne das Si-Substrat zu stimulieren (Absorptionskante: 1,84 keV). Dadurch wird die Al-Fluoreszenz (Kα: 1,56 keV) um >700-fach verstärkt im Vergleich zu Mo-Kα.
Für die Tests stellte ein führender Halbleiterhersteller vier Proben bereit, darunter eine leiterförmige Serie ultradünner Al-Schichten. Obwohl die genauen Dicken nicht angegeben wurden, entsprachen die Messungen den erwarteten spektralen Trends (Abb. 1).
II. Fluor:
Fluor wird in der Halbleiterfertigung für Ätz- und Reinigungsprozesse eingesetzt, darf aber keine Rückstände hinterlassen, da es Defekte, Dotierungseffekte und Korrosion verursachen kann. Eine Probe mit gestaffelten F-Konzentrationen bis 0,3 At% wurde mit AttoMap und ergänzend mittels XPS-Analyse untersucht.
Abb. 2 zeigt die Rohspektren des F-Peaks (0,677 keV). Um die Nettozählungen zu bestimmen, wurde eine Gauß-Anpassung durchgeführt und der Hintergrund abgezogen. Die linear korrelierten Nettozählungen (R² = 0,956) zeigen eine hohe Empfindlichkeit des Systems für F belegen.
Abb. 1
Abb. 2
III. Germanium:
Ge ist in der Hochgeschwindigkeitselektronik, Optoelektronik und für Gate-All-Around-Transistoren (GAA) relevant. In der Messtechnik werden SiGe-Schichten durch Ätzen entfernt, weshalb die präzise Rest-Analyse von Ge wichtig ist.
Übliche hochenergetische µXRF-Techniken nutzen Ge-Kα (9,8 keV), doch niedrigere Energien steigern das Ge-Fluoreszenzsignal durch stärkere Absorption (Abb. 3). Dank der hohen Helligkeit der Si-Quelle und der größeren Sammelwinkeloptik von AttoMap wird eine >100-fache Verbesserung der Empfindlichkeit und Geschwindigkeit im Vergleich zu konventionellen Hochenergie-µXRF-Methoden erreicht.
IV. Molybdännitrid:
Dünne MoN-Filme sind essenziell für die Halbleitertechnologie, u. a. als Gate-Elektroden und Diffusionsbarrieren. Durch Variationen im Mo/N-Verhältnis lassen sich Eigenschaften wie Austrittsarbeit, spezifischer Widerstand und thermische Stabilität optimieren.
Drei Proben mit unterschiedlichen Mo/N-Dosierungen wurden mit AttoMap gescannt. Für maximale Empfindlichkeit wurde Mo Lα (2,292 keV) statt Kα (17,4 keV) verwendet, was eine >57-fache Steigerung der Empfindlichkeit ermöglicht. Zusätzlich wurde N Kα (0,392 keV) detektiert.
Zusammenfassung:
Das AttoMap-310 µXRF-System setzt neue Maßstäbe in der Halbleiteranalytik und ermöglicht:
Ultrahochpräzise Al-Messungen bis in den Sub-Å-Bereich
Hochempfindliche Fluor-Rückstandsanalyse zur Qualitätskontrolle
Effiziente Ge-Charakterisierung in SiGe/Si-Schichten
Präzise MoN-Dünnschichtmessungen mit maximaler Sensitivität
Dank hoher Signalstärke, minimalem Hintergrundrauschen und innovativer Röntgenoptik bietet AttoMap eine überlegene Lösung für anspruchsvolle Halbleiteruntersuchungen.
