二次イオン質量分析(SIMS)

方式

MA-tekは高感度・高質量分解能を有する装置Cameca6f、Cameca7fにて表面分析を行っております。又XPS(X-線光電子分析装置)を用いて、データベースや標準定量分析法とあいまって総合的な表面分析や元素分析を提供できます。

SIMSは高エネルギーを有するイオンビームによって固体試料表面をスパッターし、発生する二次イオンを質量分析計を用いて検出しますが、二次イオンは試料と分析系との間に印加された静電場によって引き出され、エネルギーと質量数が分析されて物質が同定されます。 固体試料中に含まれる不純物の深さ方向分布は、二次イオンの強度とスパッター時間との関係から表示されます。
SIMS(二次イオン質量分析法或いは二次イオン質量分析装置)は固体試料における元素の検出限界が数ppmオーダーと大変高く、強力な分析手段です。 主たる装置構成の違いにより、扇形磁場型SIMS、4重極型SIMS、飛行時間型SIMSに分類されます。

応用

工業的応用には以下に示すようなものが挙げられます。

  • 1.半導体接合部の不純物拡散が、ドーピングプロファイル/深さプロファイルとして高精度に特定でき、最も一般的な応用は、イオン打ち込みにおける、イオン種、ドーズ特性、LED(発光ダイオード)におけるドーププロファイル、等の解析です。 国際標準を参照することにより精度良く分析することが出来、不純物の接合深さが物理現象と大変良く一致します。 その他、SRP(Spreading Resistance Profile 広がり抵抗測定)は電気的に接合深さを測定する比較検証の良い方法です。
  • 2.浅い接合解析はイオンビームの傾斜スパッターと低加速イオンエネルギーの組み合わせ(或いはいずれか)によって実行され、一般的に四重極SIMSはこの応用に最も適しており、現状技術では接合深さの最小決定寸法は20nmです。
  • 3.試料最表面の物質を検出することによる微量汚染物質の分析は、SIMSの最も特徴的な応用の一例ですが、例えばBGA基板上の金属パッドのモニターなどが挙げられます。 しかしながら、この応用はプロービング領域の大きさに限界があり、試料の分析領域は80x80m以上が望ましい。 この様にSIMS分析は、オージェ分析、X-線二次電子分析、やESCAの様に、表面の成分分析法と言われています。
  • 4.先端IC製造工程において、銅や金属の拡散は重要なテーマであるが、表面からのSIMS分析に加えて、裏面方向からのSIMS分析はイオン混合効果を防ぐ、優れた方法である。 裏面SIMS分析と試料作成技術によって達成される大変特徴的なの技法です。
  • 5.Backside SIMS 評価法は、一次イオンビーム照射に影響される "Knock-in" が無く、特に高い濃度層から低い濃度層方向に対する、元素の拡散現象測定に有効。この技術は、IC回路構造の金属拡散状況の解析に大変有効な方法と考えられる。

対応装置

  • Magnetic-sector SIMS[Cameca ims-6f]

表面分析技法には以下のような項目があります

SIMS, Secondary Ion Mass Spectrometry / Secondary Ion Mass Spectroscopy 二次イオン質量分析法
SRP, Spreading Resistance Profiling 広がり抵抗測定法
AES, Auger Electron Spectroscopy オージェ電子分光法
XPS, X-ray Photoelectron Spectroscopy エックス線光電子分光法/ ESCA, Electron Spectroscopy for Chemical Analysis 光電子分光化学結合解析法
SCM, Scanning Capacitance Microscopy 走査静電容量顕微鏡
AFM, Atomic Force Microscopy 原子間力顕微鏡

  • LED (Light Emitting Diode) analysis
  • race contamination analysis of metal pad
    in BGA substrate

  • Ion implantation profiling for ultra-shallow junction
  • Ion implantation profiling of 2 MeV implant
  • 表面SIMSの測定結果によれば、結果的に試料内部から
    Cu元素の信号が出てくる。

  • 裏面SIMSの測定結果によれば、境界層によりCuが拡散
    されていないことが判明する。

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