Plasma profiling time-of-flight mass spectrometry for fast elemental analysis of semiconductor structures with depth resolution in the nanometer range
Plasma profiling time-of-flight mass spectrometry for fast elemental analysis of semiconductor structures with depth resolution in the nanometer range
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等离子体分析飞行时间质谱法，用于半导体结构的快速元素分析，深度分辨率在纳米范围内
DOI：
10.1088/1361-6641/ab6ac0
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发表时间：
2020
影响因子：
1.9
通讯作者：
A. Bakin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
H. Spende;C. Margenfeld;T. Meyer;I. M. Clavero;H. BremersA. Hangleiter;M. Seibt;A. Waag;A. Bakin
等离子体轮廓飞行时间质谱（PP-TOFMS）最近获得了兴趣，因为它能够在短的采集时间内以高的深度分辨率对半导体结构进行元素轮廓分析。如Tempez等人最近所示，PP-TOFMS可用于获得现代场效应晶体管结构内的成分[1]。在那里，将结果与传统的西姆斯测量进行了比较。在本研究中，我们比较PP-TOFMS测量的Al-/In-/GaN量子阱多叠层建立的微米和纳米分析技术，如阴极发光（CL），扫描透射电子显微镜（STEM），能量色散X射线光谱（EDX）和X射线衍射（XRD）。我们表明，PP-TOFMS是能够解决的层结构的样品，甚至超过500 nm深的样品，并允许测定的相对元素组成的准确度约为10相对%。因此，它是一种非常快速的替代方法，以获得半导体元素的深度分布，而不需要昂贵和耗时的样品制备TEM所需的。此外，PP-TOFMS提供了更好的深度分辨率和更多的元素信息，例如，电化学电容-电压（ECV）评估，因为所有元素都是并行检测的，而不仅仅是观察到电（ECV）或光学（CL）活性元素。
Plasma profiling time of flight mass spectrometry (PP-TOFMS) has recently gained interest as it enables the elemental profiling of semiconductor structures with high depth resolution in short acquisition times. As recently shown by Tempez et al PP-TOFMS can be used to obtain the composition within structures of modern field effect transistors [1]. There, the results were compared to conventional SIMS measurements. In the present study, we compare PP-TOFMS measurements of an Al-/In-/GaN quantum well multi stack to established micro-and nanoanalysis techniques like cathodoluminescence (CL), scanning transmission electron microscopy (STEM), energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) and x-ray diffraction (XRD). We show that PP-TOFMS is able to resolve the layer structure of the sample even more than 500 nm deep into the sample and allows the determination of a relative elemental composition with an accuracy of about 10 rel%. Therefore, it is an extremely rapid alternative method to obtain semiconductor elemental depth profiles without the expensive and time consuming sample preparation required for TEM. Besides, PP-TOFMS offers better depth resolution and more elemental information than, for example, electrochemical capacitance–voltage (ECV) evaluations, since all elements are detected in parallel and not only electrically (ECV) or optically (CL) active elements are observed.
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Wei