無アルカリガラス中の金属不純物の定性と定量評価

TOF-SIMS、D-SIMS：二次イオン質量分析法

概要

半導体製造工程において、不純物混入は特性や製造歩留まりの低下につながるため、早急な不純物 元素の特定および量の把握が重要です。
MSTではTOF-SIMS(Static-SIMS)で不純物元素を定性し、検出された元素をD-SIMS(Dynamic-SIMS)で 深さ方向へ定量するという、デバイス中の不純物評価が可能です。
本件では、無アルカリガラス中の金属不純物を測定した事例を紹介します。

TOF-SIMSとD-SIMSの特徴

TOF-SIMSとD-SIMSの特徴を以下にまとめます。

	定性	定量	検出下限 (オーダー)	評価元素	特徴
TOF-SIMS	〇	△	数十ppm	H～ 元素指定：不要	高い質量分解能
D-SIMS	△	〇	ppb～ppm	H～ 元素指定：必要	豊富な標準試料に よる定量値換算

両手法の特徴を活かした分析方法がおすすめです。

TOF-SIMS データ

TOF-SIMSは不純物元素の定性が可能です。無アルカリガラス内部のマススペクトルを取得しました。 マススペクトルの結果より、下記の金属元素が確認されました。

D-SIMS データ

D-SIMSは深さ方向の不純物濃度分布を評価します。サンプルを冷却しながら測定することで、SiO₂中 アルカリ金属元素の濃度分布を高精度で評価可能です(分析事例C0208)。
TOF-SIMSで検出された元素について、D-SIMSで標準試料を用いて定量値を算出しました。
各金属不純物は、100ppmから数％程度の濃度であることがわかりました。

定量可能な元素の例

D-SIMSでは、SiO₂中の軽元素および金属元素は60種類以上定量可能です。
軽元素 ：H, C, N, F, P, S, Clなど
金属元素 ：Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Sr, Zr, Sn, Baなど

測定可能深さ

D-SIMSでは、数十μm程度の深さまで評価可能です。

測定領域

TOF-SIMS、D-SIMSは数十μm角程度の領域の評価が可能です。