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二次離子質譜儀 (SIMS)

技術原理

材料經由帶有能量的入射離子轟擊而產生二次離子，二次離子經加速後進入二次離子質譜分析系統運用電、磁場的偏轉將離子按不同質量分開，而達到成份分析的目的。

二次離子強度經過轉換可得到元素的濃度，而離子轟擊時間，可轉換成雜質分佈深度。二次離子質譜儀具有優異的偵測極限，可量測出固體材料中元素含量至百萬分之一或以下。

二次離子質譜儀分析方式為以下三種：

縱深分析 (depth profile)
表面影像分析 (ion image)
表面質譜分析 (mass spectrum)

依據分析儀種類，可區分為 磁偏式質譜儀 、四極式質譜儀 與 飛行時間式質譜儀 三種，磁偏式質譜儀除了 CAMECA IMS-6f 可做 High Transmission and High Mass Resolution 分析外，搭配新添購的 CAMECA IMS 7f-Auto 可以提供 High Depth Resolution, Ultra-Shallow Junction, High throughput & Full automation 的分析檢測。

四極式質譜儀使用低能量離子源，有利於提高樣品表面的深度解析力，磁偏式質譜儀與四極式質譜儀皆屬於 Dynamic SIMS，適用分析深度 >1um，可以得到元素與同位素資料；飛行時間二次離子質譜（TOF-SIMS）屬於 Static SIMS，除了得到元素與同位素外，也可以得知分子資訊。

閎康添購的 M6 plus 為 ION-TOF 最高階機型，具有 <50 nm High lateral resolution 和 >30000 的質量解析力，獨特的 dual-source ion column (DSC) 和 Gas Cluster Ion Source (GCIB) 配備可做有機物的縱深分析。

閎康擁有完整的元素資料庫與分析經驗，可以提供您全方位的材料表面元素分析服務。

分析應用

1．摻雜縱深分析：

可準確地將P-N接面深度(或稱結深)與摻雜濃度分佈描繪出來。最常見的應用為離子植入與植入劑量的分析、發光二極體摻雜濃度與分佈分析，藉由相對標準品的量測，摻雜元素所在的接面深度可被清楚地定義出來。

另一常見的分析工具-展阻量測儀，藉由電性量測載子（活化後的摻雜元素）之接面深度，亦可作為比對研究的方法。

2．淺接面與超淺接面分析：

經由低分析能量與低掠角分析可達到淺接面與超淺接面分析的目的，其分析最小接面深度可達20nm以下，為先進製程技術所需。

3．微污染分析：

SIMS另一主要應用為表面成份污染分析，如球型陣列封裝基板中金屬墊之污染監控，然而受限於入射離子束大小，建議之分析面積大於80*80μm²，因此，SIMS分析、歐傑電子顯微鏡與X光光電子能譜儀（或稱化學分析能譜儀），亦屬表面分析/成份分析之重要工具。

4．金屬交互擴散分析：

藉由縱深分析可得知製程中金屬縱向擴散的行為，然而在入射離子束撞擊的過程中所造成的植入及撞入效應與離子蝕刻後所誘發的金屬表面粗糙效應皆會影響結果的精確度。

Backside SIMS相較於一般由晶片正面進行分析的方式，藉由試片製備技術，由晶背分析能減少因入射離子束所造成的植入及撞入效應與金屬表面粗糙效應，因而更能真實呈現金屬擴散的分布情形，Backside SIMS分析特別有助於表面高濃度層次向下擴散的探討。此分析技術可應用於IC製程中的向下擴散研究，如銅擴散等。

機台種類