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PCOR-SIMSSM(ピーコール・シムス)って何?

SIMSは、固体材料中に含まれる不純物の深さ方向濃度分布を高感度で調べることができる手法ですが、材料の組成や種類が変わると検出される二次イオンの発生割合も変わり(マトリクス効果)、正確な定量結果は、標準試料と同じ組成を持つ層に限定されていました。PCOR-SIMS(Point by Point Correction-SIMS)は、各種材料に関する膨大な感度係数やスパッタレートなどの情報をデータベース化することで、材料組成の異なる積層膜の各層について、より正確な定量を可能にしたもので、EAGが開発した独自の技術です。通常、1回の測定では、各元素ついてそれぞれ1つの定量感度係数が用いられますので、Si基板あるいはGaAs基板のような単一材料中の定量は問題ありませんが、組成の違う層が基板上に存在する場合には、すべての層についての正確な情報の提供が困難でした。

PCOR-SIMSでは、深さ方向の各点全てに対して定量を行います。定量化のためには多くの実験が必要です。現在PCOR-SIMSが可能なものはGaAs, InP系試料、SiGe系試料、SiO2/Si系試料などです。Siの最先端デバイスでは、最表面近傍の正確な定量化が要求されています。この領域では表面酸化膜の影響も無視できなくなってきています。PCOR-SIMSは、本来はこの領域のより正確な定量化を目的に開発された技術です。今後も分析のニーズに応じて適用範囲も増えていきます。なお、PCOR-SIMSは四重極型SIMSで構築したデータベースに基づいているものなので、磁場型SIMSの測定には適用できません。下記に2つの応用例を掲載しましたのでご参考下さい。

応用事例1:PCOR-SIMS_HDRSM(高深さ分解能PCOR-SIMS)によるBの極浅注入分布測定)

半導体集積回路の縮小化に伴いMOSFETの接合深さが年々浅くなり、2016年に予定されている22nmノードの最先端のロジックLSIでは、6-10nmの接合深さがターゲットとされています。事例1はPCOR-SIMS_HDRによる22nmノードのBの極浅注入分布の評価です。高深さ分解能(HDR: High Depth Resolution)のPCOR-SIMSです。データからGe, Xeによるプレアモルファス化した条件との接合深さの違いがわかります。また、PCOR-SIMSは、従来の分析では測定できなかった酸素もモニターすることができますので、表面酸化膜領域とSi基板との区別が可能になり、これらの領域を全て定量できますのでドーズロスなどの定量的な評価も可能です。また、N型のドーパントであるAsやPの極浅接合についても同様の評価が可能です。

■ プレアモルファス化条件の違いによる100eV注入のB極浅深さ濃度分布
応用事例1:グラフ

応用事例2:PCOR-SIMSによるヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)試料の分析

事例2は、ヘテロバイポーラトランジスタ構造試料におけるドーパント不純物と 汚染不純物の深さ方向分析結果を示したものです。材料の種類が異なるエミッタ、ベース、コレクタ層について、それぞれ各不純物濃度を正確に知ることができます(Y軸左)。またエピ/基板界面では汚染不純物がパイルアップしている様子がわかります。更にエミッタ/ベース領域のInやGa組成も同時に求めることができます。(Y軸右)。

■ InGaP エミッタ HBT構造の不純物深さ方向分析
InGaAs, InGaP, GaAsの各層中で正確な濃度を示しています
応用事例2:グラフ
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