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Quantifizierung der Pt-Konzentration in einer NiSi(Pt)-NiSi2-Halbleiterstruktur

Ergebnis der Elementlinienentfaltung im Bereich geringer Quantenenergie für ein Spektrum einer NiSi(Pt)-NiSi2-Mischschicht auf Si. Das experimentelle Spektrum wird als schwarze Linie und die den einzelnen Elementen zugeordneten Röntgenquanten werden als farbige Füllung der Peaks dargestellt.

Dieses Anwendungsbeispiel zeigt EDS-Daten zur Analyse des epitaktischen  Wachstums einer mit Pt legierten NiSi-Dünnschicht und der entsprechenden Pt-Konzentration von wenigen at%. NiSi wird für nm-große Metallisierungsstrukturen in Halbleiterbauteilen wie MOSFETS verwendet. Die Legierung von NiSi mit Pt wird zur Stabilisierung des metallischen NiSi bei erhöhten Temperaturen angewandt, um zu verhindern, dass sich NiSi in die elektrisch schlechter leitende NiSi2-Phase umwandelt. Pt ist in NiSi löslich, in dem es Ni substituiert, nicht aber in NiSi2

Ni und Pt wurden mittels Magnetron-Sputtering auf HF-gereinigte (001)-Si-Wafern abgeschieden. Die Menge des von einem einzelnen Pt-Target gesputterten Pt wurde so optimiert, dass nur wenige at% auf der Wafer-Oberfläche abgeschieden werden. Die NiSix(Pt)-Schicht wurde in Stickstoff-Atmosphäre 30 s lang bei 700 °C getempert, was zur Ausbildung eines Gemischs von NiSi- und NiSi2-Kristalliten führte. Das dichtere NiSi erscheint im Ordnungszahl-(Z)-Kontrast des HAADF-Bildes heller als das NiSi2. Die Pt-Konzentration in der Probe ist mit EELS schwer zu quantifizieren, da die Platin-Kante flach „verspätet“ einsetzt. 

Im hyperspektralen EDS-Elementverteilungsbild (EDS-HyperMap) jedoch, welches innerhalb von sieben Minuten aufgenommen und mit dem HAADF-Bild überlagert wurde, lässt sich Pt leicht quantifizieren. Für die EDS-Datenaufnahme wurde ein SDD mit einem Raumwinkel von 0,12 sr und einem Abnahmewinkel von 22° an einem konventionellen STEM benutzt. Die Quantifizierung des Pt-Gehalts in NiSi unter Verwendung theoretischer Cliff-Lorimer-Faktoren liefert die erwartete Pt-Konzentration von 2 ± 1 at% . Dies ist im quantifizierten Elementverteilungsbild und im Linienprofil zu erkennen. Beide zeigen, dass Pt mehr oder weniger gleichmäßig mit 2 at% im NiSi-Bereich verteilt ist.