boyutlarının daralması, kısa kanal etkilerini sınırlamak için birleşme derinliğinin ölçeklenmesini de gerektirmektedir. [19]. Çok sığ tabakaların kontrollü katkılandırılması çeşitli nedenlerle zordur. Daha sığ kesişme noktalarına yönelik talep, tipik olarak, kabul edilebilir direnç değerlerini muhafaza etmek için toplam akıcılık artışı talebi ile birlikte verilir. Düşük enerjili yüksek akımlı iyon implantasyonu, iyon seçimi, taşınması, odaklama için bir zorluktur. İmplantasyondan sonra, dopantları etkinleştirmek için termal bir muamele gereklidir (dopantlar, yalnızca kristal kafes içinde silisyumun yerini almaları durumunda etkindirler). Yüksek sıcaklıkta, katkı maddelerinin difüzivitesi artar ve difüzyonun kontrol altında tutulması için tavlama şemaları geliştirilmelidir. Dopantın konsantrasyonu katı eriyebilirliğe yaklaştığında, dopantların kümelenmesi ve istenmeyen fazların oluşmasıyla aktivasyon engellenir. Yukarıda belirtilen tüm hususları göz önünde bulundurmak ve kontrol altında tutmak için analitik teknikler de değerlendirildi ve geliştirildi. İkincil İyon Kütle Spektrometresi (SIMS), hassasiyeti ve mükemmel derinlik çözünürlüğü nedeniyle uygulamada en yaygın kullanılan tekniktir.
Arsenik ve fosfor, silisyumda en yaygın n-tipi dopantlardır. Arsenik, kütlesinin daha yüksek (daha az penetrasyonu ima eder) ve difüzyon sorunlarının daha düşük olmasından dolayı, sığ implantlar için tercih edilen bir dopanttır. Yatay Geliş insidansı XRF, arsenik için tipik laboratuvar cihazlarında yüksek hassasiyete sahip olduğundan, iyon yerleştirilmiş silisyum levha yüzeyleri ve özellikle arsenik katkı çalışmasında büyük oranda kullanılmıştır.
İlk çalışmalarda, saf bir silisyum yüzey için yansıma ve kırılmanın hesaplandığı basitleştirilmiş örnek modeller uygulandı ve arsenik dahil edilmiş iz seviyelerindeki floresan hesaplandı [20]. Artan katkı seviyeleri ile bu yaklaşıma artık izin verilmemektedir ve arsenik konsantrasyonu dikkate alınan optik
~ 84 ~
özelliklere sahip katmanlı bir yapı uygulanması zorunluydu. Katkılı numune daha sonra farklı tabakalar yığını olarak düşünülür ve uygulama, önceki paragrafta bahsedilenle aynıdır. Bu durumda GIXRF ve XRR'nin birleştirilmesinin önemi vurgulanmıştır [21].
Şekil 3.2.12, arsenik iyon implantasyonu ile uyarılmış bir silisyum devre levhasının analizinin sonuçlarını bildirmektedir. Deneysel SiKα ve AsKα
yoğunluğuna karşı yansıma kadar inme açısı da görülmektedir Şekil 3.2.13, Şekil 3.2.12'de gösterilen floresan eğrilerini hesaplamak için kullanılan derinlik profillerini göstermektedir. Hesaplamalar ve şekiller, GIMPy yazılımı [16] ile gerçekleştirilmiştir.
Şekil 3.2.12. Deneysel ve uydurulmuş SiKα (A) AsKα (B) yoğunlukları ve yansıtma oranı (Mavi noktalar deneysel yoğunlukları temsil etmektedir. Yeşil, kırmızı ve açık mavi eğrileri, sırasıyla SIMS belirlenmiş derinlik profilleri, değiştirilmiş bir SIMS derinlik profili ve bir 'beta' dağıtım profili varsayarak hesaplanan yoğunlukları temsil etmektedir.)
~ 85 ~
Şekil 3.2.13. Şekil 3.2.12'de gösterilen GIXRF yoğunluklarını hesaplamak için kullanılan derinlik profilleri.
~ 86 ~
Sonuçlar
XRF elemental analiz için çok yönlü bir tekniktir. Nitel analiz basit ve güvenilirdir. Kesin ve tekrarlanabilir kantitatif ölçüm, cihazın doğru kalibrasyonunu gerektirir. Uygulamaya, yazılıma ve metodolojiye göre nicelleştirme, ya ampirik yöntemlerle ve bilinmeyen numuneye benzer belirli referans standartlarla, ya da floresan yoğunluklarının başlangıçtan itibaren hesaplanması ve ölçülen spektrumlarla tekrar tekrar karşılaştırılması ile elde edilir. XRF genellikle bir yığın tekniğidir, İnce tabakalar analiz edilebilir, ancak eğer bir alt tabaka üzerine biriktirilirlerse, tekniğin etkisi ölçüm için zararlı olabilir.
Yüzey hassasiyeti, insidasyon açısını azaltan ve toplam yansıma X-Işın Floresan Analizi ve Yatay Geliş İnsidansı X-Işını Floresan analizi gerçekleştiren düz pürüzsüz numuneler için elde edilebilir. Bu durumda, GIXRF ve XRR kombinasyonu kat kalınlığı ve yoğunluk tayini için çok daha yüksek hassasiyet sunar.
Tipik olarak, XRF enstrümantasyonu yüksek yanal çözünürlüklü ölçüm kapasitesi sunmaz. Bununla birlikte, yüksek parlaklıktaki X-Işını kaynağı ve optiklerdeki son teknoloji, X-ışını demetlerinin sinkrotron radyasyon kaynağı için onlarca nanometreye ve laboratuar kaynağı için de mikrometre aralığına odaklanmasına imkan verir.
~ 87 ~
Kaynakça
[1] R. Jenkins, R. Manne, R. Robin, C. and Senemaud, (1991), IUPAC— nomenclature system for x-ray spectroscopy. X-Ray Spectrom., 20: 149–155. doi:10.1002/xrs.1300200308
[2] S. Croft, R. D. McElroy Jr., A. Nicholson, and T. Guzzard, On the Relationship between the Natural Line Width and Lifetime of X-Ray Transitions, Proceedings of the INMM Conference 2015, download link: https://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/1214016
[3] J. Sherman, “The theoretical derivation of fluorescent X-ray intensities from mixtures,” Spectrochimica Acta, no. 7, pp. 283–306, 1955.
[4] Handbook of X-ray Spectrometry, 2nd ed., Marcel Dekker, Inc. New York and Basel, 2002, ISBN 0-8247-0600-5.
[5] Handbook of Practical X-Ray Fluorescence Analysis, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2006, ISBN 978-3-540-36722-2
[6] Y. Yoneda and T. Horiuchi, Rev. Sci. Instr., 42, 1069 (1971)
[7] H. Aiginger and P. Wobrauschek, Nucl. Instrum. Methods, 114, 157 (1974) [8] Total-Reflection X-Ray Fluorescence Analysis and Related Methods , John Wiley & Sons, Inc., 2014, ISBN: 9781118985953
[9] C. Streli, P. Wobrauschek, F. Meirer and G. Pepponi, Synchrotron radiation induced TXRF, J. Anal. At. Spectrom., 2008, 23, 792-798, DOI: 10.1039/b719508g
[10] F. Meirer, A. Singh, G. Pepponi, C. Streli, T. Homma and P. Pianetta, Synchrotron Radiation induced Total Reflection X-Ray Fluorescence Analysis, TrAC Trends in Analytical Chemistry, 29(6), 479-496, 2010
[11] L. G. Parratt, “Surface studies of solids by total reflection of x-rays,” Phys. Rev., vol. 95, pp. 359–369, Jul 1954.
[12] D. de Boer, “Glancing-incidence x-ray fluorescence of layered materials,” Phys. Rev. B, vol. 44, pp. 498–511, July 1991.
[13] C. Streli, P. Wobrauschek, G. Pepponi and N. Zoeger, A new total reflection X-ray fluorescence vacuum chamber with sample changer analysis
~ 88 ~
using a silicon drift detector for chemical analysis, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, Volume 59, Issue 8, 2004, Pages 1199-1203
[14] C. Streli et al., A new SR-TXRF vacuum chamber for ultra-trace analysis at HASYLAB, Beamline L, X-Ray Spectrom. 2005; 34: 451–455, DOI: 10.1002/xrs.861
[15] F. Meirer, C. Streli, G. Pepponi, P. Wobrauschek, M. A. Zaitz, C. Horntrich and G. Falkenberg, Feasibility study of SR-TXRF-XANES analysis for iron contaminations on a silicon wafer surface. Surf. Interface Anal., 40, 1571–1576, (2008) doi:10.1002/sia.2954
[16] F. Brigidi, and G. Pepponi, GIMPy: a software for the simulation of X-ray fluorescence and reflectivity of layered materials. X-Ray Spectrom., 46, 116– 122 (2017) doi: 10.1002/xrs.2746.
[17] D. Ingerle, G. Pepponi, F. Meirer, P. Wobrauschek, C. Streli, JGIXA — A software package for the calculation and fitting of grazing incidence X-ray fluorescence and X-ray reflectivity data for the characterization of nanometer- layers and ultra-shallow-implants, In Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, Volume 118, 2016, Pages 20-28, ISSN 0584-8547, https://doi.org/10.1016/j.sab.2016.02.010.
[18] B. Caby, F. Brigidi, D. Ingerle, E. Nolot, G. Pepponi, C. Streli, L. Lutterotti, A. André, G. Rodriguez, P. Gergaud, M. Morales, and D. Chateigner, “Study of annealing-induced interdiffusion in in2o3/ag/in2o3 structures by a combined x-ray reflectivity and grazing incidence x-ray fluorescence analysis,” Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, vol. 113, pp. 132–137, 2015. [19] L. D. Yau, Solid-State Electronics, vol. 17, pp. 1059, 1974 (Short Channel Effects: The Need for Junction Scaling)
[20] G. Pepponi, C. Streli, P. Wobrauschek, N. Zoeger, K. Luening, P. Pianetta, D. Giubertoni, M. Barozzi, and M. Bersani, Non destructive dose determination and depth profiling of arsenic ultrashallow junctions with total reflection x-ray fluorescence analysis compared to dynamic secondary ion mass spectrometry, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 59(8):1243–1249, 2004. [21] D. Ingerle, F. Meirer, G. Pepponi, E. Demenev, D. Giubertoni, P. Wobrauschek, C. Streli, Combined evaluation of grazing incidence X-ray fluorescence and X-ray reflectivity data for improved profiling of ultra-shallow depth distributions, In Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy,
~ 89 ~
Volume 99, 2014, Pages 121-128, ISSN 0584-8547, https://doi.org/10.1016/j.sab.2014.06.019.