表面分析(元素成分分析)

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。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。我們有完整的元素資料庫,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*80μ㎡,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
圖-1 Magnetic-sector SIMS[Cameca ims-6f]
圖-2 Magnetic-sector SIMS[Cameca IMS 7f-Auto]
應用實例
圖-3 發光二極體分析
圖-4 球型陣列封裝金屬墊微污染分析
圖-5 (a) 超淺接面離子植入分析 ; (b)超高能量離子植入分析
圖-6 正面SIMS結果:
由金屬層表面進行SIMS縱深分析, 因離子束在濺蝕同時, 也會將金屬成份往更深層推入, 造成金屬向下擴散的假象, 影響結果判讀
圖-7 背面SIMS結果:
藉由Backside SIMS的分析方式, 可真實呈現金屬因製程條件往下擴散的分布狀況
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