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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います。 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を補い、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を用い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。 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、スパッター時間に対する二次イオン強度の変化として表示されます。


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、ダイナミックSIMS(セクター磁場型,四重極型)、TOF-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でき、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(あるいはいずれか)によって実行され

一般的に四重極型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80x80μm以上が望ましい。 この様にSIMS分析は、オージェ電子分光、X線光電子分光やESCAと同様に、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分析はイオンビームミキシングによるノックオン効果を防ぐ優れた方法である。 SIMS分析と試料作製技術の組み合わせによって達成される大変特徴的な手法です。

 

 

5. バックサイドSIMS評価法は、

一次イオンビーム照射に影響されるノックオンが無く、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です。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ます。

 

 

 

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 ]

 

 

 

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


BGA基板中の金属パッドのコンタミネーション解析

 


(a) 超浅接合部のイオン注入プロファイリング


(b) 2MeVインプラントのイオン注入プロファイリング

 

表面SIMSの測定結果では、試料内部からCu元素の信号を検出

 

裏面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

  

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