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SIMS 二次イオン質量分析計

Secondary Ion Mass Spectroscopy

二次イオン質量分析計SIMS)は高感度な材料分析技術であり、広く応用されています。半導体プロセス分析、材料研究、元素分布測定および微量汚染分析

 

SIMS分析の原理は利用する高エネルギーイオンビームが試料表面を照射する材料の表面の原子や分子がスプラッシングされて生成される二次離子これらの二次イオンは加速された後、質量分析システムに入ります。電場と磁場の偏向異なる質量/電荷比(m/z)に従って分離・検出を行い、材料の元素と同位体の組成情報、信号強度の変換と校正を通じて、SIMSはさらに取得することができます:

  • 元素濃度分布

  • 不純物濃度

  • 深さ方向分布情報(Depth Profile)

SIMSは優れた検出感度を持ち、材料中を測定することができます。ppm(ppm)さらに低い濃度の元素含有量したがって、半導体産業ではドーピング分析と汚染検出の重要なツール、ナノレベルで、材料の表面からマイクロメートルの深さまで解析できる元素分布、濃度変化と化学状態、その原理は、高エネルギーイオンビームで試料表面を照射し、試料から「二次イオン」を放出させ、その後質量分析システムで分析することです。質量電荷比(m/z)、各種元素や化学種の存在と濃度を判定するために、SIMSは「材料の組織を透視できる顕微鏡」のようなものであり、一般的な観察方法では検出できないものを明らかにします。微量元素と不純物の分布

二次イオン質量分析法
表面質量分析(マススペクトル)
分析サンプル表面で生成された二次イオン質量分析により、元素の種類、同位体組成、分子情報を識別できます。
表面イメージ分析 (ion image)
サンプル表面に元素またはイオンの空間分布画像を構築する。
縦深分析 (depth profile)
表面から底部までの微量元素や不純物の濃度変化を追跡する。
SIMS分析の応用
  • ドーピング濃度の縦深分析

SIMSは正確に描写できます半導体ドーピング元素濃度分布P-N接合の深さ(Junction Depth)

一般的な応用には、

  • イオン注入(Ion Implantation)分析

  • イオン注入量の検証

  • LEDのドーピング濃度分析

透過標準試料の校正接面位置におけるドーピング元素を正確に定義できます。

さらに、SIMSの結果は**スプレーディング抵抗プロファイリング(Spreading Resistance Profiling, SRP)**と比較分析することで、電気的特性とドーピング濃度の関係を検証することができます。

  • 浅接面と超浅接面の分析

 

利用低エネルギー低掠角分析技術SIMSは測定できます:

< 20 nmの超浅接合(Ultra-Shallow Junction)この技術は、先進プロセスノードのドーピング分析に特に重要です。

 

  • 表面微汚染分析

 

SIMSは材料の表面汚染元素の検出にも使用できます。例えば:

  • 金属汚染

  • パッケージ基板の汚染

  • プロセス残留物

SIMS分析のイオンビームサイズの制限により、分析領域は次のように大きくすることをお勧めします:

80 × 80 μm²

SIMSは以下の技術と組み合わせて使用されることがよくあります:

  • AES(オージェ電子エネルギースペクトル)

  • XPS(X線光電子分光法)

共同で完全な表面化学と元素分析

  • 金属の相互拡散分析

SIMS 深さ方向解析により、プロセス中の金属元素の縦方向の拡散挙動

しかし、イオンビームエッチングプロセス中に次のようなことが発生する可能性があります:

  • イオン注入効果

  • 原子撞入効果(Knock-in Effect)

  • 表面粗さ効果

これらの要因は分析結果に影響を与える可能性があります。

 

  • Backside SIMS 金属拡散分析

 

ウエハの表面からの分析に比べて、Backside SIMS特殊な試料調製技術を通じて、からウエハの裏面で分析を行う、効果的に減少させることができる:

  • イオン衝突効果

  • 表面の粗さの影響

したがって、金属拡散分布をよりリアルに表現することができます。

この技術は特に次のような用途に適しています:

  • ICプロセスにおける金属拡散研究

  • 銅(Cu)拡散分析

  • 先端プロセスの信頼性研究

SIMS分析装置
質量分析法の原理に基づいて、SIMSシステムは主に三つのタイプに分けられます。
分析システム 技術特性 主な応用
磁場偏向型質量分析計 (Magnetic Sector SIMS) 高い質量分解能と高感度 半導体ドーピング解析
四重極型質量分析計 (Quadrupole SIMS) 低エネルギーイオンビーム、優れた深さ解析 薄膜と表面分析
飛行時間型質量分析計 (TOF-SIMS) 分子や有機物を測定できる 材料表面化学分析

 

その中で:

磁偏式と四極式 SIMS属するDynamic SIMS
深度分析に適しています>1 μmの材料は、提供できます:

  • 元素濃度

  • 同位素情報

TOF-SIMS(Time-of-Flight SIMS)属するStatic SIMSでは、元素と同位体のほかに、さらに分子構造情報特別適合有機材料と表面化学分析

MA-tek SIMS 分析装置

MA-tek(MA-tek)は、複数の先進的なSIMS装置を配置しています。

  • マグネティックセクターSIMS [Cameca ims-6f]

  • Magnetic-sector SIMS [ Cameca IMS 7f-Auto ]

  • Time-of-Flight SIMS [ TOF-SIMS M6 plus, IONTOF GmbH ]

  • Quadrupole-SIMS [ CAMECA sims 4500 ]

MA-tek SIMS分析の優位性
完全な設備と各種分析の経験を備えている

専門の分析チームと先進的な設備を通じて、顧客に提供します高精度、信頼性のある材料とプロセス分析サービス

 

  • 高感度元素分析能力
  • ナノレベルの深さ分解能
  • 先進半導体ドーピング分析
  • 有機と無機材料の分析
  • ICプロセスの汚染と拡散研究
アプリケーション例
  • 発光ダイオードの分析

  • 球型アレイパッケージ金属パッドの微小汚染分析

  • (a) 超浅接面イオン注入分析

  • (b) 超高エネルギーイオン注入分析

正面SIMS結果:

金属層の表面からSIMSの縦深分析を行うと、イオンビームがスプラッシングを行う際に、金属成分をより深い層に押し込むため、金属が下方に拡散しているように見える偽の拡散が生じ、結果の解釈に影響を与える。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

背面SIMS結果:

Backside SIMSの分析方法を用いることで、製造プロセス条件によって金属が下方に拡散する分布状況を実際に示すことができる。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • シリコンオイル汚染

  • SiON 薄膜分析

  • VCSEL 3D 成分分布

  • TFT 平面成分分布

Contact
お問い合わせ窓口
上海実験室

楊先生

Ext. +86-21-5079-3616 ext:7201
台湾の実験室

陳先生

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