SIMS
二次イオン質量分析(SIMS)
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概要 |
SIMSは、試料に一次イオンを照射し、試料表面から発生した二次イオンを質量分析システムに導入し、電場と磁場で偏向して質量に応じてイオンを分離することで元素分析を行うことができます。
元素の濃度は二次イオン強度を換算することで得られ、不純物分布深さは一次イオン照射時間から変換できます。 二次イオン質量分析計は検出限界に優れており、固体材料中の元素をppm以下まで測定できます。
二次イオン質量分析には3つの方法があります。
a. デプスプロファイル (depth profile)
b. イオンイメージング (ion image)
c. マススペクトル (mass spectrum))
分析装置の種類に応じて、セクター磁場型SIMS、四重極型SIMS、飛行時間型（TOF-）SIMSに分けることができます。高透過率・高質量分解能分析が可能なCAMECA IMS-6fに加え、新たに導入したCAMECA IMS 7f-Autoは、高い深さ分解能、極浅接合、高スループットおよび完全自動化の分析を提供できます。
四重極型質量分析計は、低エネルギーのイオン源を使用しており、試料表面の分解能を向上させるのに適しています。セクター磁場型SIMSと四重極型SIMSはDynamic SIMSに属し、分析深さ>1umに適しており、元素および同位体データを取得できます。
(TOF-SIMS)はStatic SIMSに属し、元素や同位体に加えて分子情報も取得できます。
MA-tekが導入したM6 plusは、<50nmの高い空間分解能と>30000質量分解能を備えたIONTOF社の最新世代の TOF-SIMSであり、独自のデュアルソースイオンカラム(DSC)とガスクラスターイオン源(GCIB) を搭載し、有機物の詳細な分析が可能です。
MA-tekは豊富な分析経験と元素データベースをもとに、あらゆる材料の表面分析サービスを提供します。
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分析アプリケーション |
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1.ドーパント分析: |
接合深さおよびドーパント濃度分布を正確に評価できます。 最も一般的な用途は、イオン注入元素分析、発光ダイオードのドーピングプロファイルであり、接合部の深さは、相対的な標準の測定によって明確に定義できます。別の分析ツールである広がり抵抗測定法は、キャリアの接合部の深さ(活性化ドープ要素)を電気的に測定することにより、比較研究の方法としても使用できます。
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2.浅接合部と超浅接合部の解析: |
低角度・低エネルギーのイオンスパッタリングにより、20nm以下の浅接合（Shallow junction）や極浅接合（Ultra-shallow junction）の解析が可能です。
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3.微小汚染分析: |
SIMSの別の主要な用途は、球状アレイパッケージ基板内の金属パッドの汚染モニタリングなどの表面組成汚染分析です。ただし、入射イオンビームのサイズにより、推奨される分析領域は80 * 80μm以上になります。そこで、SIMS分析以外にオージェ電子分光法、X線光電子分光法も、表面分析/組成分析のための重要なツールとなります。
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4.金属相互拡散分析: |
プロセスにおける金属の拡散挙動は、SIMSのデプスプロファイルで知ることができますが、チップ表面からの一般的な分析方法では、入射イオンビームによって引き起こされる注入と衝撃の影響およびイオンエッチングによる金属表面の荒れが問題となる場合があります。
この場合は試料調製技術を用いてバックサイドSIMS分析を行うことでこれらの問題を低減し、より実際に近い金属拡散の分布を提示できます。バックサイドSIMS分析は、ICプロセスにおける銅拡散などの研究に適用できます。
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保有装置 |
セクター磁場型 SIMS [ Cameca ims-6f ] |
セクター磁場型 SIMS [ Cameca IMS 7f-Auto ] |
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表面分析には以下のような手法があります |
- 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 または ESCA, Electron Spectroscopy for Chemical Analysis X線光電子分光法
- SCM, Scanning Capacitance Microscopy走査型静電容量顕微鏡法
- AFM, Atomic Force Microscopy 原子間力顕微鏡法
 LED (Light Emitting Diode) analysis |
 BGA基板中の金属パッドの不純物分析 |
 (a) 極浅接合部のイオン注入プロファイル |
 (b) 2MeVインプラントのイオン注入プロフィル |
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表面からのSIMSの測定結果では、試料内部からCu元素の信号を検出 |
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バックサイドSIMSの測定結果からは、境界層を超えてCuの拡散が無いことを確認 |
Request Form Download：http://www.ma-tek.com/zh-tw/download/index/form/
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質問1. SIMSで分析できる最小領域はどれくらいですか? |
回答：一般的は80umx80um以上です。分析可能面積が小さな場合は、技術ユニットにご相談ください。
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質問2. 装置に入るサンプルサイズはどのくらいでしょうか? |
回答：サンプルサイズは機械に約0.8cmx0.8cmです。サンプルがこのサイズよりも大きいまたは小さい場合は、最初に試験片の加工を行います。
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質問3. SIMSどのような元素を定量できますか? |
回答：一般的な材料のほとんどは定量化できる標準を持っています。もし、分析する試料に標準がない場合でも、強度を利用して試料同士を定性的に比較することは可能です。
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質問4. 定性的な評価しかできない場合、どのようなことができますか? |
回答：コンタミネーションを確認したい場合は、異常群と対照群の試料を用意し、強度を比較することで、違いやコンタミネーションの有無を確認できます。また、濃度を分析したい場合は、濃度が既知の試料に基づいて同じ材料の他の試料を定量することができます。
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質問5. SIMSとEDXの違いは何ですか? |
回答：両者は検出限界に違いがあり、EDXの検出限界は約1%ですが、SIMSはppm-ppbまで検出できます。このため、SIMSは主にドーピング、微量汚染などの1%未満の含有量の測定に用いられます
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