SIMSによるウェーハベベル分析Depth Analysis of Wafer Bevel Section by SIMS

アプローチ

右図はウェーハのベベル部を断面方向から見た状態を示しています。SIMSにてベベル部の深さ方向分析を行う際、測定面の法線方向に検出器をポジションさせるため、角度をつけて試料を固定する必要があります。そのため試料の位置が不安定な状態となる問題が生じます。今回、角度可変なベベル分析専用の治具を開発し、試料を安定して固定することにより、ベベル面内を自由に位置指定し、深さ方向プロファイルを得ることができるようになりました。

SIMS：二次イオン質量分析法 (Secondary Ion Mass Spectrometry)

分析事例：手法

Siウェーハ上にアモルファスSiとBoron delta layerを交互に3セット積層し、最表面にCap Siを成膜した試料のベベル部近傍におけるBoron分布変化を調査しました。SIMSにて成膜境界を中心に250μm角領域でイオン強度の3Dイメージングを取得し、図中(1)～(5)の20μm×70μm領域をROI抽出し、深さ方向プロファイルを再構築します。この方法により、基板内側(1)から成膜境界(3)を経て、基板露出部(5)までの面内のプロファイル変遷を辿ることができます。

分析事例：結果

イメージング(1)～(5)の抽出領の深さ方向プロファイルを比較しました。プロファイルの変遷から、以下の3点を読み取ることができます。

• ベベル側に向かって各Si層が薄膜化している
  (各Boronピーク位置シフトより)
• 成膜部境界付近ではlayer1-3間でBoronの拡散が生じている
  〔(1)～(3)のBoronプロファイルピーク比較より〕
• 成膜端部ではBoronがフラットに分布する領域が存在する
  〔(4) 0～8nmより〕

以上をまとめると、ベベル側に向かって各Si層がシュリンクし、端部ではBoron delta layerとの混合層が形成されていると考察できます。本技術の応用例として、ベベル部膜剥がれ原因成分の評価など、半導体プロセスが抱える問題解決に貢献します。