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2点の問題を解決するために濃度既知の試料を3点以上分析。
歪 Si デバイスに用いられる組成比勾配を持つ Si(1-x)Gex膜の深さ方向に 対するGeの濃度分布を正確に定量するのに SIMS(2 次イオン質量分析法)が 用いられます。 SIMS で Si(1-x)Gex 膜を分析する際に 2 点解決しなければならない問題があり、 1点目はSi に対する Ge の2次イオン強度が組成比の変化に伴い大きく変化 するので、組成比毎の相対感度因子を決定する必要があります。 もう一点は、Si と Ge の組成比が変化する事により分析点毎のスパッタリング レートが変化するので、組成比とスパッタリングレートとの関係を求める 必要があります。 この2点の問題を解決するために濃度既知の試料を3点以上分析し、RSF と スパッタリングレートが決定しました。 ※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
化合物半導体系超格子サンプルを使用した深さ分解能測定の結果を掲載！
当事例集は、イオン注入、成膜・分析、研究・事業化マネジメントの サービスなどを提供している株式会社イオンテクノセンターの 深さ分解能測定の結果を掲載している事例集です。 Q-pole SIMS(アルバックファイ：ADEPT-1010)によって、 Al0.28Ga0.72As/GaAsを50nmずつ分子線エピタキシー(MBE)で成膜した 化合物半導体サンプルを試料として用いて、深さ分解を求めた結果を 掲載しています。 【掲載概要】 ■深さ分解能測定の結果 ※詳しくはカタログをご覧頂くか、お気軽にお問い合わせ下さい。
酸化物デバイスにおける局所元素分布を酸素同位体を用いて高感度に評価
酸化物ReRAMでは、電場印加に伴う酸素拡散がメモリ動作（抵抗変化）と関連しているとされていました。 SIMS分析では同位体を測定可能であるため、同位体18Oイオン注入技術を利用すれば、酸素拡散の追跡が可能となります。18Oを局所的に注入した素子に対し、電場印加により動作領域となるブリッジ構造を形成し、元素マッピングを行った結果、ブリッジ部では18Oの強度が弱く、局所的に還元されていることが分かりました。
表面の凹凸の影響を受けない高精度な測定が可能です
太陽電池では太陽光を有効に吸収するために表面凹凸を活用しています。SIMS分析を行う上で、表面の凹凸は深さ方向分解能の低下を招きます。表面からの測定では表面凹凸及びノックオンの影響により、CIGS中へCd、 Zn、 Oなどが拡散しているように見えます（図3）が、基板側（裏面側）から測定することにより、Cd、 Zn、 OなどのCIGS層中への顕著な拡散がないことがわかります。（図4） 相互拡散の他にも、主成分（Cu、 In、 Ga、 Se）の組成変化、不純物（B、 Na、 Fe）の濃度分布の評価が可能です。
膜厚1nm程度のSiON中Nの評価が可能
高感度なSIMS分析が得意とする低濃度領域に至るまで、SiON膜中Nの分布を深さ方向に評価し、N量（単位：atoms/cm2）を高い精度で評価が可能です（図1）。またNをatomic%へ変換(図2)、Nのフィッテングカーブ算出することができ、フィッティングによりNのピーク濃度・深さ・半値幅を算出(図3)することが可能です。
SSDP-SIMSによる測定面の凹凸・高濃度層の影響を避けた測定
基板側からSIMS分析（SSDP-SIMS）を行うことで、表面の凹凸・スパッタに伴う表面側高濃度層からのノックオンの影響を受けない測定が可能です。ゲート電極（BドープPoly-Si）から基板へのボロンの突き抜け量を評価しました。基板側からの測定ではノックオンなどの影響が見られず、より正確な突き抜け量評価が可能であることがわかります。このように、バリアメタルのバリア性・Low-k膜中への金属の入り込み・凹凸のあるシリサイド直下の評価にSSDP-SIMSが有効です。
SIMS：二次イオン質量分析法
■極浅深さ方向分布の測定法 （1）斜入射法における深さ方向分解能の限界 斜入射法における深さ方向分解能の一次イオンエネルギー依存性をδドープ試料を用いて調査しました（図1）。斜入射法においては、クレータ底面の粗れにより深さ方向分解能の向上に限界があることがわかります（図2）。 （2）垂直入射法による深さ方向分解能の向上 垂直及び斜入射法におけるBピーク（δドープ試料）の半値幅と一次イオンエネルギーの関係を図3に示します。斜入射法では分解能の向上に限界のあった一次イオンエネルギー1keV以下の領域において、垂直入射法では分解能の向上が達成されています。
｢重水(D2O)処理」を用いた水素の深さ方向分析
厚み1um以下の薄膜における水(H2O)の浸透性を、膜中の重水素(D)の分布を測定することで評価した事例をご紹介します。薄膜中にもともと水素（H)が存在する場合、水の影響による水素であるかを区別することが困難です。そこで、重水（D2O)による処理を行い、天然同位体である重水素の分布をSIMS※1にて深さ方向に測定しました。重水素の深さ方向分布を調べることで、水がどの深さまで浸透したかを推定することが可能です。
対象元素に応じて測定条件を選択
フレキシブル薄膜Si太陽電池において、a-Si(アモルファスシリコン)中のドーパントの濃度分布を定量的に評価した事例をご紹介します。樹脂で封止されたサンプルを解体し、SIMS分析を行いました。 Bの分析(図3)では表面側の浅い箇所に存在するため、深さ方向分解能を高めて測定を行いました。 Pの分析(図4)ではa-Si中に多量のHが存在して質量干渉を起こすため、高質量分解能法によりH+Siを分離してPのみを検出する条件で測定を行いました。
ppmレベルの添加物の分布を高感度に評価可能
携帯端末などの電子機器に用いられる鉛フリーはんだの接合部には高い耐衝撃性が求められています。 この課題を解決するため、Niなどの元素を微量に添加したはんだ合金が開発されています。本資料ではSn-Ag-Cu系の鉛フリーはんだに、微量のNi、Geが添加された5元系はんだと、添加物無の3元系はんだについて、高感度分析を得意とするD-SIMSのイメージングにより面内分布を比較した事例をご紹介します。
化合物半導体の主成分元素の組成を深さ方向に評価可能
一般的にSIMSでは含有量が％を超える主成分レベルの元素の定量性は低いとされていますが、一次イオンにCs+を用いたMCs+(M:着目元素）検出モードを用いることで、主成分元素の深さ方向の組成分布を求めることが可能です。 AlGaAs中のAl、Gaについて、深さ方向の組成評価を行った例を示します。
TOF-SIMS：飛行時間型二次イオン質量分析法
TOF-SIMSの深さ方向分析では平面上の位置情報(x、y)を無視すると、各深さ(z)で質量スペクトルが存在するため、深さ・質量・スペクトル強度の3次元データが得られます。この3次元データを1枚の画像として可視化したものが、MSDM(Mass Spectra Depth Mapping)表示です。
TOF-SIMSによる拭き取り残渣の可視化
医療機器のパンフレット等に洗浄方法を記載する際には、その洗浄方法の妥当性を確認する必要があります。今回は医療機器の拭き取り方法の検証実験として、血液モデル薬物のウシ血清アルブミン（BSA）をアセチルセルロース（TAC）のシート・SUS製メス・ガラスにそれぞれ塗布し、拭き取り前後の成分残渣評価をTOF-SIMSで行いました。その結果、BSAの拭き取りには水よりもエタノールの方が適していることや、基質によって拭き取り効果が異なることがわかりました。 測定法：TOF-SIMS 製品分野：医療機器・医薬品 分析目的：組成評価・同定・組成分布評価・故障解析・不良解析 詳しくは資料をダウンロード、またはお問い合わせください。
SIMS：二次イオン質量分析法
異種材料間の界面のSIMS分析プロファイルは、深さ方向にある幅をもって変化します。これはSIMS分析の特性上、イオンビームミキシングとスパッタ表面の凹凸（ラフネス）の影響を受けるためです。検出している不純 物は、混ぜ合わされた深さまでの平均化した情報となり、深さ方向に幅を持った領域のイオンを検出します。 そのため、界面位置は一般に主成分元素のイオン強度が50％になる位置と定義しています。
成分および深さ方向分布評価が可能
ペロブスカイト太陽電池は、フィルム状で優れた変換効率を有し、低コストで製造できることから、実用化に向けた研究開発が盛んに行われています。 HTM層（ホール輸送層）の成分分析や主成分、ドーパント、不純物の深さ方向分布評価には、TOFSIMS（飛行時間型二次イオン質量分析法）が有効です。本資料では、HTM層からペロブスカイト層までの深さ方向分析を実施した事例を紹介します。 測定法：TOF-SIMS 製品分野：太陽電池 分析目的：同定、分布評価 詳しくは資料をダウンロード、またはお問い合わせください。
毛髪のキューティクルにおける成分分布の評価が可能です！
弊団では、キューティクルの成分分布評価を承っております。 キューティクルの評価はその微細さから電子顕微鏡での構造観察にとどまっており、 詳細な成分分布は不明瞭でした。 無機物・有機物についてサブミクロンオーダーの分布を評価できるTOF-SIMSを用いることで、 キューティクル中の多彩な成分の分布を評価することが可能です。 本事例では毛髪を評価し、キューティクル中の成分分布を可視化した 結果を紹介いたします。 【測定法・加工法】 ■[TOF-SIMS]飛行時間型二次イオン質量分析法 ※詳しくはPDFをダウンロードしていただくか、お気軽にお問い合わせください。
研究開発・品質管理に使える高感度な成分分析
TOF-SIMS分析（飛行時間型二次イオン質量分析法）は、試料表面の成分分析を行う手法です。 最表面に存在する有機物・無機物の同定に適しており、イメージング測定によって成分の面内分布を視覚的に把握することができます。 特に異物や変色・洗浄残渣など不良原因の特定に有効です。 さらに、掘りながら測定することで、深さ方向の分布も確認可能です。
不純物元素の定量評価及び膜厚評価が可能です
ダイヤモンドは高絶縁破壊電界など優れた物性を有するため、次世代のパワーデバイスや 量子デバイス材料として期待されています。ダイヤモンドへ不純物元素をドープすることにより 高性能な半導体として機能します。ドープした元素の濃度分布を把握するには, ppb～ppmオーダーの不純物を高感度で検出可能なSIMS分析が有効です。 あわせて不純物の濃度分布から各層の膜厚評価も可能です。 MSTでは、ダイヤモンド標準試料を取り揃えており、30種類以上の元素について定量することができます。
半導体デバイスなどのプロセス開発や不良解析への迅速なフィードバックを行うことが可能！
二次イオン質量分析(SIMS)は、全元素に対して高感度かつ高質量分解能測定での 深さ方向分析が可能です。 さらに当社では、試料導入から分析までの自動化機能を加え、高精度な自動測定が 可能になりました。 それによって、短期間で回答が求められる半導体デバイスなどのプロセス開発や 不良解析への迅速なフィードバックを行うことができます。 【特長】 ■高感度測定：Ag、In、Sbなどの重元素の高感度測定が可能 ■高質量分解能測定 ・M/△M＝～10,000 ・SiやSiO2中のP、Al、Fe、Niなどの汚染量評価が可能 ※詳しくはPDFをダウンロードしていただくか、お気軽にお問い合わせください。
質量分析計には、磁場型・四重極型・飛行時間型などの種類があり、分析の目的に応じて使い分けます！
二次イオン質量分析(SIMS)は、ppbレベルの極微量不純物元素を 同定・定量できる非常に高感度な分析手法です。 スパッタリングしながら測定するため、膜中の不純物の深さ方向分布を 得ることができます。 ご用命の際は、当社までお気軽にお問い合わせください。 【特長】 ■磁場型SIMS：高感度が要求される不純物の評価に用いる ■四重極型SIMS：深さ方向分解能が要求される評価や、絶縁膜を含む 多層膜の評価に用いる ■飛行時間型SIMS：極表面にある極微量物質の分子構造レベルの評価、 表面の有機物などの汚染状態や微小異物の評価に用いる ※詳しくはPDFをダウンロードしていただくか、お気軽にお問い合わせください。
高感度・高質量分解能・高深さ方向分解能の3つの特長を備えるSIMS！
「高性能磁場型SIMS」は、すべての元素を高感度で深さ方向分析できる 装置です。 低エネルギー分析でも高感度かつ高質量分解能分析が可能な高性能SIMSに よって、難易度の高い、極浅領域における高精度な測定が可能となりました。 これにより、微細化や材料の多種多様化が進む半導体デバイスへ適用できる ようになりました。 【特長】 ■高感度測定(高い透過率) ■高質量分解能 ■極低エネルギー分析から通常分析まで様々な測定が可能 ■高輝度イオン銃搭載 ■高い繰り返し精度での自動測定、測定可能試料数25個 ※詳しくはPDFをダウンロードしていただくか、お気軽にお問い合わせください。
ガラス、金属、セラミックス、Si、化合物半導体、浅いインプラントなどの分析に好適！
『ダイナミックSIMS』は、試料中に含まれる微量の全元素(H〜U)を ppmからppbの高感度で検出することができる二次イオン質量分析法です。 定性分析及び深さ方向分析ができ、加えて標準試料による高精度な定量分析が 可能。(当社の協力会社での分析実施) 最小ビーム径は約30um、材質によってさらにビーム径を落とすことが できます。 【特長】 ■試料の自動ロード/アンロード、高スループット(24試料/ロード) ■比類のないデプスプロファイリング能力と高いデプス分解能、 広ダイナミックレンジ ■ガラス、金属、セラミックス、Si、化合物半導体、浅いインプラントなどの 分析に最適化 ■最高検出限界：ppmからppb (10^-6〜10^-9) ※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
二次イオンを検出し、各質量における検出量を測定することで、試料中に含まれる成分の定性・定量を行う手法です
イオンを試料表面に入射させると、試料表面からは電子・中性粒子・イオンなど様々な粒子が放出されます。SIMSは、これらの粒子のうちイオンを検出し、各質量における検出量を測定することで、試料中に含まれる成分の定性・定量を行う手法です。 ・高感度（ppb～ppm） ・HからUまでの全元素の分析が可能 ・検出濃度範囲が広い（主成分元素から極微量不純物まで） ・標準試料を用いて定量分析が可能 ・深さ方向分析が可能 ・数～数十nmの深さ方向分解能での評価が可能 ・数μm角までの微小領域の測定が可能 ・同位体分析が可能 ・破壊分析
試料表面の構造解析を行う手法です。他の分析装置に比べ表面に敏感であることから、最表面の有機汚染の同定などに適した手法です
試料表面の構造解析を行う手法です。他の分析装置に比べ表面に敏感であることから、最表面の有機汚染の同定などに適した手法です。 スパッタイオン源を用いて、深さ方向に無機・有機物の分布分析が可能です。 ・有機・無機化合物の構造解析・同定が可能 ・異物検査装置の座標データとリンケージが可能 ・ミクロンオーダーの微小異物から数cmまでの定性が可能 ・最表面を感度よく分析することが可能 ・イメージ分析が可能 ・深さ方向分析の定性分析が可能
試料冷却による高精度なBのプロファイル分析
デバイスの設計の上で特性に大きく影響を与えるSi中Bの濃度分布は、SIMS分析により高感度・高深さ方向分解能での評価が可能です。しかし、一般的な分析条件では、測定起因によりBの濃度分布に歪みが生じることがわかりました。 MSTでは試料冷却がこの歪み補正に有効であることを確認し、より高精度な濃度分布の評価が可能になりました。
微小領域・ガラス基板についてもSSDPによる分析が可能
二次イオン質量分析法（SIMS）を用いて、市販ＴＦＴ液晶ディスプレイのデータ信号配線とゲート電極配線の交差部（4μm×10μm）を、基板側から分析（SSDP-SIMS）した例を示します。 基板側から測定（SSDP-SIMS）を行うことにより、表面側の高濃度層や金属膜などの影響がないデータの提供が可能となります。
高い再現精度で評価可能
デバイスの微細化により、極浅い領域における不純物の深さ方向分布評価が必要とされています。正確な評価を行うためには、通常よりも低いエネルギー(1keV以下)の一次イオンビームを用いたSIMS分析が必要になります。今回、B+を低エネルギーでイオン注入したSiウエハを1keVの酸素イオンビームを用いて、日をまたいで、6回測定した結果から算出したBの面密度の相対標準偏差は3%以下であり、極浅い不純物分布評価においても通常のSIMS分析と同様に高い再現精度が得られることが示されました。
TOFーSIMSによる剥離面の汚染源の特定
剥離不良が起こった際、界面の密着性を悪化させた成分を同定することが重要です。 ピーリング加工により、着目の界面で物理的に剥離させ、その表面に存在する成分をTOF-SIMSによって測定することで、剥離原因を調査することが可能です。 TOF-SIMSは有機物の構造を保ったままイオン化した二次イオンを検出し、剥離面に存在した成分が何由来なのかの情報を得ることができるため、剥離原因、及び工程の調査に有効です。 測定法：TOF-SIMS・ピーリング・解体 製品分野：LSI・メモリ・製造装置・部品 分析目的：化学結合状態評価・故障解析・不良解析 詳しくは資料をダウンロード、またはお問い合わせください。
SiC中B、Al、N、P、Asについて、高感度で深さ方向分布の評価が可能
SiCはその物性からパワーデバイス材料として用いられていますが、Siとは異なりイオン注入後の熱処理によるドーパントの拡散が困難なため、多段イオン注入により深さ方向への分布を制御する必要があります。SIMS分析は高感度（ｐｐｍ以下）で深さ方向の不純物濃度を評価することができるため、SiC中のドーパント元素の分布評価に適しています。また、軽元素（H、C、O、Fなど）の分布についても評価可能です。評価したい元素などお問い合わせください。
GaN系LEDの主成分元素の組成を深さ方向に評価可能
一般的にSIMSでは含有量が％を超える主成分レベルの元素の定量性は低いとされていますが、一次イオンにCs+を用いたMCs+(M:着目元素）検出モードを用いることで、主成分元素の深さ方向の組成分布を求めることが可能です。 GaN系LED構造におけるAl、Ga、Inについて、深さ方向の組成評価を行った例を示します。
