JP2605630B2 - 二次イオン質量分析方法 - Google Patents
二次イオン質量分析方法Info
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- JP2605630B2 JP2605630B2 JP6176369A JP17636994A JP2605630B2 JP 2605630 B2 JP2605630 B2 JP 2605630B2 JP 6176369 A JP6176369 A JP 6176369A JP 17636994 A JP17636994 A JP 17636994A JP 2605630 B2 JP2605630 B2 JP 2605630B2
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- Japan
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- film
- sample
- measured
- ion beam
- ions
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等の不純
物分析に広く用いられている二次イオン質量分析方法
（ＳＩＭＳ）に関する。
物分析に広く用いられている二次イオン質量分析方法
（ＳＩＭＳ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＩＭＳは、試料の所定箇所（被測定領
域）にＣｓ+ ，Ｏ2 + ，Ｇａ+ などのイオンビーム（一
次イオンビーム）やＡｒなどの中性粒子ビームを一次ビ
ームとして照射して発生するイオン（二次イオン）を質
量分析することにより試料表面部に含まれる元素の種類
や濃度を評価する分析方法であるが、例えば、特開平４
−１９９５４号公報に、記載されているように、一次イ
オンビームの密度分布が裾拡がりになっているので、試
料の被測定領域の周辺も、一次イオンビーム照射時にス
パッタエッチングしてしまう。そのため、周辺領域に分
析を行いたい領域（被測定領域）と同等もしくはそれ以
上の濃度の被測定元素が含まれていたりそれと質量電荷
比のほぼ等しい多重イオン（分子イオンや多電荷イオ
ン）が発生する場合には、得られた分析結果は、実際に
は周辺領域の情報を含み、著しく検出下限が悪くなって
しまう。
域）にＣｓ+ ，Ｏ2 + ，Ｇａ+ などのイオンビーム（一
次イオンビーム）やＡｒなどの中性粒子ビームを一次ビ
ームとして照射して発生するイオン（二次イオン）を質
量分析することにより試料表面部に含まれる元素の種類
や濃度を評価する分析方法であるが、例えば、特開平４
−１９９５４号公報に、記載されているように、一次イ
オンビームの密度分布が裾拡がりになっているので、試
料の被測定領域の周辺も、一次イオンビーム照射時にス
パッタエッチングしてしまう。そのため、周辺領域に分
析を行いたい領域（被測定領域）と同等もしくはそれ以
上の濃度の被測定元素が含まれていたりそれと質量電荷
比のほぼ等しい多重イオン（分子イオンや多電荷イオ
ン）が発生する場合には、得られた分析結果は、実際に
は周辺領域の情報を含み、著しく検出下限が悪くなって
しまう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
するための一手法が前述の公開公報に開示されている。
すなわち、図４（ａ）に示すように、半導体基板１０１
の被測定領域の周辺を集束ビームによりスパッタエッチ
ングして溝１０３を形成する。残された柱状の被測定領
域１０２に一次インオンビームをあてることにより周辺
領域からの情報を取り込まないようにする。この手法
は、一次イオンビームが周辺領域に当るのを避けるわけ
ではないけれども、ＳＩＭＳによる半導体材料の評価
は、不純物プロファイルなどのように深さ方向の分析で
あるので有効である。
するための一手法が前述の公開公報に開示されている。
すなわち、図４（ａ）に示すように、半導体基板１０１
の被測定領域の周辺を集束ビームによりスパッタエッチ
ングして溝１０３を形成する。残された柱状の被測定領
域１０２に一次インオンビームをあてることにより周辺
領域からの情報を取り込まないようにする。この手法
は、一次イオンビームが周辺領域に当るのを避けるわけ
ではないけれども、ＳＩＭＳによる半導体材料の評価
は、不純物プロファイルなどのように深さ方向の分析で
あるので有効である。
【０００４】しかし、一次イオンビームで柱状の被測定
領域１０２をスパッタエッチングする場合、電界分布が
不均一になるので図４（ｂ）に示すように、柱状の被測
定領域１０２のエッジ１０２Ｅに一次イオンビームが集
って不均一にエッチングされるので、正確な深さ方向の
分布を求めることは難しい。
領域１０２をスパッタエッチングする場合、電界分布が
不均一になるので図４（ｂ）に示すように、柱状の被測
定領域１０２のエッジ１０２Ｅに一次イオンビームが集
って不均一にエッチングされるので、正確な深さ方向の
分布を求めることは難しい。
【０００５】本発明の目的は、周辺領域からの妨害情報
を低減できかつ被測定領域を一次イオンビームで均一に
エッチングできる二次イオン質量分析方法を提供するこ
とにある。
を低減できかつ被測定領域を一次イオンビームで均一に
エッチングできる二次イオン質量分析方法を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、試料の所定箇
所に所定の一次イオンビームを照射して発生する二次イ
オンを検出して前記試料の元素分析を行なう二次イオン
質量分析方法において、前記所定箇所の周辺を被測定元
素と異なる元素で構成され被測定元素イオンと同一もし
くは近接した質量電荷比の多重イオンを発生する恐れが
前記試料の所定箇所より少ない導電性膜で被覆した後に
前記一次イオンビームを前記所定箇所に照射するという
ものである。導電性膜の形成は集束イオンビーム堆積法
によるのが望しい。
所に所定の一次イオンビームを照射して発生する二次イ
オンを検出して前記試料の元素分析を行なう二次イオン
質量分析方法において、前記所定箇所の周辺を被測定元
素と異なる元素で構成され被測定元素イオンと同一もし
くは近接した質量電荷比の多重イオンを発生する恐れが
前記試料の所定箇所より少ない導電性膜で被覆した後に
前記一次イオンビームを前記所定箇所に照射するという
ものである。導電性膜の形成は集束イオンビーム堆積法
によるのが望しい。
【０００７】
【作用】一次イオンビーム照射時に所定箇所（被測定領
域）の周辺がスパッタエッチングされてもそこからは妨
害情報をもたらす多重イオンの発生が少ないので検出下
限が改善される。また被測定領域のエッチングの均一性
は損なわれない。
域）の周辺がスパッタエッチングされてもそこからは妨
害情報をもたらす多重イオンの発生が少ないので検出下
限が改善される。また被測定領域のエッチングの均一性
は損なわれない。
【０００８】
【実施例】図１（ａ）は本発明の第１の実施例を説明す
るための試料の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−
Ｘ線拡大断面図である。
るための試料の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−
Ｘ線拡大断面図である。
【０００９】まず試料としてシリコン基板１の表面に厚
さ０．５μｍ程度のＳｉＯ2 膜２が形成され、ＳｉＯ2
膜２に設けられた１μｍ×１μｍ程度の開口にＡｓ原子
がピーク濃度１×１０20／ｃｍ3 程度含まれている多結
晶シリコン膜３が形成されているものを準備する。この
多結晶シリコン膜３中のＡｓ原子の濃度分布を測定する
場合について述べる。
さ０．５μｍ程度のＳｉＯ2 膜２が形成され、ＳｉＯ2
膜２に設けられた１μｍ×１μｍ程度の開口にＡｓ原子
がピーク濃度１×１０20／ｃｍ3 程度含まれている多結
晶シリコン膜３が形成されているものを準備する。この
多結晶シリコン膜３中のＡｓ原子の濃度分布を測定する
場合について述べる。
【００１０】多結晶シリコン膜３の周囲を厚さ２００〜
４００ｎｍの炭素膜４で被覆する。すなわち、集束イオ
ンビーム装置に試料を入れ、被測定領域である多結晶シ
リコン膜３の周辺にスチレン（Ｃ8 Ｈ8 ）ガスを吹き付
けながら２０〜４０ｋｅＶに加速されたＧａ+ ビームを
照射して炭素膜４を形成する。このような集束イオンビ
ーム堆積法は公知であり、例えば、リサーチ・スタディ
ーズ・プレス社（ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＳＴＵＤＩＥＳ
ＰＲＥＳＳ ＬＴＤ．）、１９９１年刊、“フォカスト
・イオンビームズ・フロム・リキッド・メタル・イオン
・ソーシズ”（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍｓ
ｆｒｏｍ Ｌｉｑｕｉｄ ＭｅｔａｌＩｏｎ Ｓｏｕｒ
ｃｅｓ）に記載されている。
４００ｎｍの炭素膜４で被覆する。すなわち、集束イオ
ンビーム装置に試料を入れ、被測定領域である多結晶シ
リコン膜３の周辺にスチレン（Ｃ8 Ｈ8 ）ガスを吹き付
けながら２０〜４０ｋｅＶに加速されたＧａ+ ビームを
照射して炭素膜４を形成する。このような集束イオンビ
ーム堆積法は公知であり、例えば、リサーチ・スタディ
ーズ・プレス社（ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＳＴＵＤＩＥＳ
ＰＲＥＳＳ ＬＴＤ．）、１９９１年刊、“フォカスト
・イオンビームズ・フロム・リキッド・メタル・イオン
・ソーシズ”（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍｓ
ｆｒｏｍ Ｌｉｑｕｉｄ ＭｅｔａｌＩｏｎ Ｓｏｕｒ
ｃｅｓ）に記載されている。
【００１１】次に、試料をＳＩＭＳ装置の試料ホルダ
（図示しない）に移す。このときシリコン基板１と炭素
膜４とを接続する。被測定領域外に図示した多結晶シリ
コン膜３と同様のものがあればその表面も被測定領域上
の炭素膜４を延在させて被覆しておけば試料ホルダに固
定するとき改めて接続する必要はない。
（図示しない）に移す。このときシリコン基板１と炭素
膜４とを接続する。被測定領域外に図示した多結晶シリ
コン膜３と同様のものがあればその表面も被測定領域上
の炭素膜４を延在させて被覆しておけば試料ホルダに固
定するとき改めて接続する必要はない。
【００１２】次いで、例えばビーム径０．１μｍのＣｓ
+ ビームで多結晶シリコン膜３の表面を走査してスパッ
タエッチングを行ないＡｓ+ を検出する。Ｃｓ+ ビーム
が炭素膜４に照射されると、図２に示すように、エッジ
４ａがエッチングされ易いが多結晶シリコン膜３そのも
のは均一にエッチングされる。ＳｉＯ2 膜２にＣｓ+ビ
ームが照射されると、Ａｓと質量数が同一の分子イオン
29Ｓｉ30Ｓｉ16Ｏによる妨害情報が発生するが、本実施
例では、ＳｉＯ2 膜２は炭素膜４で被覆されているので
その恐れはない。炭素膜４中に不純物として含まれてい
る水素と炭素とによって発生する分子インオンＣ6 Ｈ3
による妨害情報が発生するが、分子イオンＣ6 Ｈ3 は合
計原子数が大きいのでその発生確率は著しく小さいと考
えられる。なお、炭素膜４は導電性でありシリコン基板
に接続しているのでＣｓ+ ビームにより帯電する恐れが
ない。測定結果を図３に示す。炭素膜４を形成しない場
合の曲線１１に比べて検出下限が約２桁向上した曲線１
２（Ａｓの濃度プロファイル）が得られた。
+ ビームで多結晶シリコン膜３の表面を走査してスパッ
タエッチングを行ないＡｓ+ を検出する。Ｃｓ+ ビーム
が炭素膜４に照射されると、図２に示すように、エッジ
４ａがエッチングされ易いが多結晶シリコン膜３そのも
のは均一にエッチングされる。ＳｉＯ2 膜２にＣｓ+ビ
ームが照射されると、Ａｓと質量数が同一の分子イオン
29Ｓｉ30Ｓｉ16Ｏによる妨害情報が発生するが、本実施
例では、ＳｉＯ2 膜２は炭素膜４で被覆されているので
その恐れはない。炭素膜４中に不純物として含まれてい
る水素と炭素とによって発生する分子インオンＣ6 Ｈ3
による妨害情報が発生するが、分子イオンＣ6 Ｈ3 は合
計原子数が大きいのでその発生確率は著しく小さいと考
えられる。なお、炭素膜４は導電性でありシリコン基板
に接続しているのでＣｓ+ ビームにより帯電する恐れが
ない。測定結果を図３に示す。炭素膜４を形成しない場
合の曲線１１に比べて検出下限が約２桁向上した曲線１
２（Ａｓの濃度プロファイル）が得られた。
【００１３】次に第２の実施例について説明する。
【００１４】第１の実施例における炭素膜４の替りにタ
ングステン膜を形成する。被測定領域の周囲のＳｉＯ2
膜２に、タングステンヘキサカルボニル（Ｗ（Ｃ
Ｏ）6 ）ガスを吹きつけながら例えば４０ｋｅＶに加速
されたＧａ+ ビームを照射して厚さ２００〜４００ｎｍ
のタングステン膜を堆積する。次いで第１の実施例と同
様にＣｓ+ ビームで多結晶シリコン膜の表面をスパッタ
エッチングしてＡｓ+ を検出する。このようにして、図
３の曲線１３に示すＡｓの濃度プロファイルが得られ
た。Ａｓの検出下限が第１の実施例より更に向上してい
るが、本実施例ではＡｓ+ に紛らわしい多重イオンがほ
とんど全く発生しないからである。
ングステン膜を形成する。被測定領域の周囲のＳｉＯ2
膜２に、タングステンヘキサカルボニル（Ｗ（Ｃ
Ｏ）6 ）ガスを吹きつけながら例えば４０ｋｅＶに加速
されたＧａ+ ビームを照射して厚さ２００〜４００ｎｍ
のタングステン膜を堆積する。次いで第１の実施例と同
様にＣｓ+ ビームで多結晶シリコン膜の表面をスパッタ
エッチングしてＡｓ+ を検出する。このようにして、図
３の曲線１３に示すＡｓの濃度プロファイルが得られ
た。Ａｓの検出下限が第１の実施例より更に向上してい
るが、本実施例ではＡｓ+ に紛らわしい多重イオンがほ
とんど全く発生しないからである。
【００１５】以上、導電膜の形成と、二次イオン質量分
析とをそれぞれ別の装置を用いて行なう例について説明
したが、二次イオン質量分析装置に２つの一次イオン照
射系を設け、ガス供給系を設ければ、同一装置内で連続
して行なうことも可能である。
析とをそれぞれ別の装置を用いて行なう例について説明
したが、二次イオン質量分析装置に２つの一次イオン照
射系を設け、ガス供給系を設ければ、同一装置内で連続
して行なうことも可能である。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、被測定
領域の周辺も被測定元素イオンと同一もしくは近接した
質量電荷比の多重イオンを発生する恐れの少ない導電膜
で被覆した後に二次イオン質量分析を行なうので、多重
イオンによる妨害情報を低減でき検出下限を改善でき
る。また導電膜があっても被測定領域の一次イオンビー
ムによるエッチングの均一性は損なわれないので正確な
深さ方向の分析が可能である。
領域の周辺も被測定元素イオンと同一もしくは近接した
質量電荷比の多重イオンを発生する恐れの少ない導電膜
で被覆した後に二次イオン質量分析を行なうので、多重
イオンによる妨害情報を低減でき検出下限を改善でき
る。また導電膜があっても被測定領域の一次イオンビー
ムによるエッチングの均一性は損なわれないので正確な
深さ方向の分析が可能である。
【図１】本発明の第１の実施例に使用する試料の平面図
（図１（ａ））および図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図（図
１（ｂ））である。
（図１（ａ））および図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図（図
１（ｂ））である。
【図２】第１の実施例の説明のための平面図である。
【図３】本発明の説明のための濃度プロファイルを示す
グラフで、曲線１１，１２および１３はそれぞれ従来
例、第１の実施例および第２の実施例による測定結果を
示す。
グラフで、曲線１１，１２および１３はそれぞれ従来
例、第１の実施例および第２の実施例による測定結果を
示す。
【図４】従来例の説明のための（ａ），（ｂ）に分図し
て示す工程順断面図である。
て示す工程順断面図である。
１ シリコン板 ２ ＳｉＯ2 膜 ３ 多結晶シリコン膜 ４，４ａ 炭素膜 １０１ 半導体基板 １０２ 被測定領域 １０３ 溝
Claims (3)
- 【請求項１】 試料の所定箇所に所定の一次イオンビー
ムを照射して発生する二次イオンを検出して前記試料の
元素分析を行なう二次イオン質量分析方法において、前
記所定箇所の周辺を被測定元素と異なる元素で構成され
被測定元素イオンと同一もしくは近接した質量電荷比の
多重イオンを発生する恐れが前記試料の所定箇所より少
ない導電性膜で被覆した後に前記一次イオンビームを前
記所定箇所に照射することを特徴とする二次イオン質量
分析方法。 - 【請求項２】 集束イオンビーム堆積法により導電性膜
を形成する請求項１記載の二次イオン質量分析方法。 - 【請求項３】 導電性膜が炭素膜またはタングステン膜
である請求項１または２記載の二次イオン質量分析方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6176369A JP2605630B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 二次イオン質量分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6176369A JP2605630B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 二次イオン質量分析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0845463A JPH0845463A (ja) | 1996-02-16 |
| JP2605630B2 true JP2605630B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=16012421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6176369A Expired - Lifetime JP2605630B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 二次イオン質量分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2605630B2 (ja) |
-
1994
- 1994-07-28 JP JP6176369A patent/JP2605630B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0845463A (ja) | 1996-02-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19961203 |