ald生长超薄膜的覆盖、组成及能带分析

半导体和薄膜材料的材料开发需要充分了解材料特征以及它们如何互相影响。欧洲杯足球竞彩Thermo Scientific™Nexsa™XPS系统集成了多种技术，使其成为相关分析和薄膜材料开发的理想选择。请参阅本应用笔记中的方式。

NexSA™使相关分析成为可能，因为它使用多种方法，即UV光电子能谱（UPS），离子散射光谱（ISS），反射能量损失光谱（卷轴）和拉曼光谱。利用这种能力，NEXSA™用于研究一组HFO样品的各种性质₂．每个样品由一层薄的HFO组成₂采用分级数原子层沉积(ALD)循环进行沉积。首先，利用XPS定量测量了沉积在基底上的Hf的质量以及HfO层的厚度₂和SiO₂．然后使用ISS和卷轴来进行进一步的分析以分别获得表面覆盖和带隙读数。

热科学Nexsa™XPS系统

分析了薄膜的厚度和组成

研究从XPS测量开始，因为这是Nexsa™的主要功能。本次实验使用的是高端XPS设备，用于获取覆盖层的成分和厚度数据。量化HfO的技术₂在ALD工艺中沉积，依赖于从SiO上的HfO2样品获得的XPS光谱₂每个周期后面的si。

图1所示。XPS调查光谱显示增加的HFO₂组成作为ALD循环的函数

XPS采集后，利用Thermo Scientific™设备的优势数据系统分析数据，使用从

比尔-朗伯定律。这只需要用户输入材料密度和带隙读数的数据，并将为每个材料层分别生成衰减长度。最后，利用每个XPS信号的比较强度，vantage将利用这些信息输出各个层的厚度。在本例中，根据Hf和Si信号的相对XPS信号强度，发现Hf薄膜在0 ~ 10 nm之间。

这种测量有助于确保ALD薄膜具有指定的厚度(理所当然地，每个周期沉积薄膜的方式都是一致的)，因此在过程中对质量标准保持恒定和准确的控制。

覆盖分析

实时生产中存在的问题是沉积不完全均匀，导致薄膜覆盖不均匀。然而，这可以由Nexsa™补偿，以样品覆盖范围为基础。每个样品的薄膜覆盖的测量是使用ISS进行的。与XPS不同的是，这种技术只利用了样品的最表层(一个分子的厚度)来获取光谱，因为它使用了能量低得多的氦离子束。因此，这些粒子被样品顶部的原子分散，无法穿透这一层，这是由于除了最顶层以外，没有任何原子对其产生影响。

离子通过这种散射失去动能，损失的程度取决于离子质量，样品原子的质量，和散射的角度。在这三个变量中，唯一的变量是样品原子的质量，因此，通过Nexsa™测量和分析散射氦离子的能量，以澄清样品的顶层单层的性质。因此，如果ISS光谱显示来自Si原子的信号存在，可以得出结论，表面覆盖的HfO₂电影是斑食的。

如图2所示，SI峰值在幅度下降，随着ALD循环的数量增加。完成50个循环后，在光谱内不再可见SI峰值。换句话说，20-50个ALD循环是产生全表面覆盖的必要条件。

图2。HfO的ISS光谱₂样品超过100个ALD循环(右)和指示ALD循环表面覆盖水平的图(左)。

带隙测量

带隙是高k介电材料的重要特征，尤其是栅极部件。欧洲杯足球竞彩该术语用于定义任何材料的价带和传导带的能量的差异。重要的是，它的幅度决定了材料是否可以在许多兴趣的许多应用中使用，例如LED，光伏或太阳能电池。其精确的测定是至关重要的。在大多数材料中，欧洲杯足球竞彩XPS技术对此目的是有用的，但对于该实验中的高k介电材料，例如HFO2，XPS峰在带隙能量区域内显示出显着的重叠，从而产生潜在的不准确性。在NEXSA™中预期并校正了该问题的卷轴系统，该卷轴系统可用于从产生早期光谱测量的样本表面的相同点中获得卷轴光谱。然后，自动化过程能够通过自动化过程计算来自该数据的样品材料的带隙，通过测量电子损失电子开始以非弹性方式散射的损失程度。另一个优点是使用单源洪水枪进行电荷补偿和卷轴测量，防止了这种技术的单独电子源的必要性。

图3。HFO的卷轴谱₂样品经过100次ALD循环后，带隙测量如图所示。

总结

的Thermo Scientific™Nexsa™XPS系统不仅利用XPS技术提供样品成分和厚度的数据，而且利用ISS和REELS技术分别提供关于覆盖和带隙测量的完整性的信息。这意味着Nexsa™能够生成关于一种材料的关键特性的全图，这种材料可用于生产半导体和相关应用的超薄膜。

这些信息来源于赛默费雪科学公司提供的x射线光电子能谱(XPS)。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问Thermo Fisher Scientific - x射线光电子能谱(XPS)．