JPH07107518B2 - 一次イオン照射方法 - Google Patents
一次イオン照射方法Info
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- JPH07107518B2 JPH07107518B2 JP62165669A JP16566987A JPH07107518B2 JP H07107518 B2 JPH07107518 B2 JP H07107518B2 JP 62165669 A JP62165669 A JP 62165669A JP 16566987 A JP16566987 A JP 16566987A JP H07107518 B2 JPH07107518 B2 JP H07107518B2
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Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一次イオン照射方法、特に二次イオン質量分析
装置(Secondary Ion Mass Spectrometry,以下SIMSと称
する)における一次イオン照射方法に関する。
装置(Secondary Ion Mass Spectrometry,以下SIMSと称
する)における一次イオン照射方法に関する。
SIMSは真空中に置いた試料表面にO2 +,Cs +,Ar +,N2 +など
の一次イオンを照射した際に試料表面からスパッタリン
グ(Sputtering)現象で放出される中性元素や二次イオ
ン,二次電子のうち二次イオンを質量分析計を通して選
別し、試料中の構成元素,不純物元素の濃度を二次イオ
ン電料強度として検出し、得られた深さ分布,表面分布
などから試料構造を評価するものである。
の一次イオンを照射した際に試料表面からスパッタリン
グ(Sputtering)現象で放出される中性元素や二次イオ
ン,二次電子のうち二次イオンを質量分析計を通して選
別し、試料中の構成元素,不純物元素の濃度を二次イオ
ン電料強度として検出し、得られた深さ分布,表面分布
などから試料構造を評価するものである。
従来、SIMSの検出密度を上げるため検出元素の電気陰性
度の大きさに応じて一次イオン種を使い分けていた。例
えば、電気陰性度の大きなSなどを検出する場合には、
陽性(低電子陰性度)イオンたるCs +を試料表面に一次
イオンとして照射することにより検出金属の仕事関数を
低下させる。これによりS-などの陰性元素イオンの中性
化を防止し負イオンとしてのS-の発生を促進させるので
ある。逆に、電気陰性度の小さなCrなどを検出する場合
には、陰性イオンたるO2 +(又はO-)を試料表面に照射
し、検出金属の仕事関数を増大させ、正イオンのCr +の
発生を促進させるのである。
度の大きさに応じて一次イオン種を使い分けていた。例
えば、電気陰性度の大きなSなどを検出する場合には、
陽性(低電子陰性度)イオンたるCs +を試料表面に一次
イオンとして照射することにより検出金属の仕事関数を
低下させる。これによりS-などの陰性元素イオンの中性
化を防止し負イオンとしてのS-の発生を促進させるので
ある。逆に、電気陰性度の小さなCrなどを検出する場合
には、陰性イオンたるO2 +(又はO-)を試料表面に照射
し、検出金属の仕事関数を増大させ、正イオンのCr +の
発生を促進させるのである。
したがって、従来はCrドープGaAs基板50表面にSドープ
のGaAsエピタキシャル(Epitaxial)層51を成長した試
料中のCrとSなどのような電気陰性度が大きく異なるよ
うな元素の濃度分布を求めるに際しては、まず、第4図
(a)に示すようにO2 +一次イオンビーム1を照射してO
2 +で試料表面をスパッタリング(Sputtering)しながら
二次イオンとしてCr+41を検出してCrの深さ分布を得る
第一の分析をおこなった。ここでのO2 +イオンビーム照
射では、Cr +を高効率で発生できても電気陰性度の大き
なSの二次イオンの発生は少ないのでS-の深さ分布をも
同時に測定評価できない。そこで次に第4図(b)に示
すようにCs -一次イオンビーム2を前記試料の別な位置
の表面に再度照射してS-42だけの深さ分布を求める第2
の分析をおこなっていた。このとき、最初にO2 +を照射
した試料の表面位置と次におこなったCs +照射位置は当
然異なるし、しかも一次イオンビーム種によってスパッ
タリング速度も異なるので、O2 +照射・スパッタリング
で得たCr分布とCs +照射・スパッタリングで得たS-分布
を同一図中に重ねて描くためには、O2 +照射・スパッタ
リングで生じた第1の分析で生じた穴71の深さとCs +照
射・スパッタリングで生じた第2の分析で生じた穴72の
深さとを個々に測定して、2つの分布の深さ方向のスケ
ールを合せることをおこなわなければならなかった。
のGaAsエピタキシャル(Epitaxial)層51を成長した試
料中のCrとSなどのような電気陰性度が大きく異なるよ
うな元素の濃度分布を求めるに際しては、まず、第4図
(a)に示すようにO2 +一次イオンビーム1を照射してO
2 +で試料表面をスパッタリング(Sputtering)しながら
二次イオンとしてCr+41を検出してCrの深さ分布を得る
第一の分析をおこなった。ここでのO2 +イオンビーム照
射では、Cr +を高効率で発生できても電気陰性度の大き
なSの二次イオンの発生は少ないのでS-の深さ分布をも
同時に測定評価できない。そこで次に第4図(b)に示
すようにCs -一次イオンビーム2を前記試料の別な位置
の表面に再度照射してS-42だけの深さ分布を求める第2
の分析をおこなっていた。このとき、最初にO2 +を照射
した試料の表面位置と次におこなったCs +照射位置は当
然異なるし、しかも一次イオンビーム種によってスパッ
タリング速度も異なるので、O2 +照射・スパッタリング
で得たCr分布とCs +照射・スパッタリングで得たS-分布
を同一図中に重ねて描くためには、O2 +照射・スパッタ
リングで生じた第1の分析で生じた穴71の深さとCs +照
射・スパッタリングで生じた第2の分析で生じた穴72の
深さとを個々に測定して、2つの分布の深さ方向のスケ
ールを合せることをおこなわなければならなかった。
このように上述した従来の一次イオン照射方法は、分析
元素の電気陰性度に応じてO2 +による分析とCs +による分
布との独立した2回の分析をおこなわなければならなか
ったので、分析毎に試料上の測定位置が異なり、2つの
異なる分布を正確に合成し難いと云う欠点があったり、
酸素の増感効果による感度の変動を抑制するために微量
酸素ガスを試料表面に吹き付けたりしていたので装置の
真空度を低下させてしまうなどの問題があった。
元素の電気陰性度に応じてO2 +による分析とCs +による分
布との独立した2回の分析をおこなわなければならなか
ったので、分析毎に試料上の測定位置が異なり、2つの
異なる分布を正確に合成し難いと云う欠点があったり、
酸素の増感効果による感度の変動を抑制するために微量
酸素ガスを試料表面に吹き付けたりしていたので装置の
真空度を低下させてしまうなどの問題があった。
本発明の一次イオン照射方法は、二次イオン質量分析装
置を用いた元素の深さ分布の測定において、高エネルギ
ーの第1のイオンを分析領域を含む試料表面に照射しな
がら、第1のイオンより電気陰性度が高く且つ極低エネ
ルギーの第2のイオンを照射する第1の工程と、第1の
イオンより電気陰性度が低く且つ極低エネルギーの第3
のイオンを照射する第2の工程とを順次繰り返して、分
析領域を含む試料表面に第2あるいは第3のイオンによ
る吸着層を形成しながらスパッタリング・エッチングす
ることを特徴とする。
置を用いた元素の深さ分布の測定において、高エネルギ
ーの第1のイオンを分析領域を含む試料表面に照射しな
がら、第1のイオンより電気陰性度が高く且つ極低エネ
ルギーの第2のイオンを照射する第1の工程と、第1の
イオンより電気陰性度が低く且つ極低エネルギーの第3
のイオンを照射する第2の工程とを順次繰り返して、分
析領域を含む試料表面に第2あるいは第3のイオンによ
る吸着層を形成しながらスパッタリング・エッチングす
ることを特徴とする。
なお、上記の第2のイオン及び第3のイオンは分析領域
に走査しながら照射してもよいし、一括して照射しても
よい。
に走査しながら照射してもよいし、一括して照射しても
よい。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図(a),(b)は本発明の一実施例の工程を示す
縦断面図である。第1図(a)は、CrドープGaAs基板50
上に厚さ0.2μmのSドープGaAsエピタキシャル層51を
形成した試料に加速エネルギー10kev、2.5mAで、直径が
約50μmののN+イオンビーム3を第1のイオンとして2m
m×2mmの範囲で走査しながら照射し、同時に加速エネル
ギー10evで直径約1200μmののO2 +イオンビーム1を第
2のイオンとして照射した様子を示す。O2 +イオンビー
ムの照射量は試料からの2次イオン電流が飽和するO2 +
イオンビームの電流値から決められる。N+イオンビーム
3の照射でスパッタリング・エッチングで生じたCr +41
は質量分析計を通して検出計へ出力される。次にO2 +イ
オンビーム照射を中断するとともにただちに加速エネル
ギー10evで直径約1200μmののCs +イオンビーム2を第
3のイオンとして照射し、同時にN+イオンビーム3によ
るスパッタリング・エッチングでS-42を放出させた様子
を第1図(b)に示す。以下、第1図(a)と(b)の
工程を繰り返して必要な深さの穴73を形成する。なお、
上記第2イオンおよび第3イオンは走査しながら照射し
てもよいし、また一括して照射してもよい。
縦断面図である。第1図(a)は、CrドープGaAs基板50
上に厚さ0.2μmのSドープGaAsエピタキシャル層51を
形成した試料に加速エネルギー10kev、2.5mAで、直径が
約50μmののN+イオンビーム3を第1のイオンとして2m
m×2mmの範囲で走査しながら照射し、同時に加速エネル
ギー10evで直径約1200μmののO2 +イオンビーム1を第
2のイオンとして照射した様子を示す。O2 +イオンビー
ムの照射量は試料からの2次イオン電流が飽和するO2 +
イオンビームの電流値から決められる。N+イオンビーム
3の照射でスパッタリング・エッチングで生じたCr +41
は質量分析計を通して検出計へ出力される。次にO2 +イ
オンビーム照射を中断するとともにただちに加速エネル
ギー10evで直径約1200μmののCs +イオンビーム2を第
3のイオンとして照射し、同時にN+イオンビーム3によ
るスパッタリング・エッチングでS-42を放出させた様子
を第1図(b)に示す。以下、第1図(a)と(b)の
工程を繰り返して必要な深さの穴73を形成する。なお、
上記第2イオンおよび第3イオンは走査しながら照射し
てもよいし、また一括して照射してもよい。
第2図は以上の様にして得たCr +81とS-82の二次イオン
の深さ分布を示す。深さ方向のスケールは形成された穴
73の深さを高さ計から求めて較正した。なお、穴の周囲
からの誤信号を除外するため分析領域たる穴の中心領域
(1mm×1mm)から放出された二次イオンのみを選択的に
検出している。
の深さ分布を示す。深さ方向のスケールは形成された穴
73の深さを高さ計から求めて較正した。なお、穴の周囲
からの誤信号を除外するため分析領域たる穴の中心領域
(1mm×1mm)から放出された二次イオンのみを選択的に
検出している。
第3図(a),(b)は本発明の第2の実施例の工程を
示す縦断面図である。第3図(a)はCrドープGaAs基板
50上に厚さ0.2μmのSドープGaAsエピタキシャル層51
を形成してなる試料に加速エネルギー10kev、2.5m.Aで
直径が約50μmのAr +イオンビーム4を第1のイオンと
して2mm×2mmの範囲で走査しながら照射し、同時に加速
エネルギー10evで直径約1200μmののO2 +イオンビーム
1を第2のイオンとして一括照射した様子を示す。O2 +
イオンビーム照射量は試料からの二次イオン電流が飽和
するO2 +イオンビームの電流値から決められる。Ar +イオ
ンビーム4の照射でスパッタリングされたCr +41は質量
分析計を通して検知される。次にO2 +イオンビーム照射
を中断するとともにただちに加速エネルギー10evで直径
約1200μmののCs +イオンビーム2を第3のイオンとし
て一括照射し、同時にAr +イオンビーム4のスパッタリ
ングでS-42を放出させた様子を第3図(b)に示す。以
下、上記第3図(a),(b)の工程を繰り返しながら
試料の深さ方向の二次イオン質量分析をおこなった。
示す縦断面図である。第3図(a)はCrドープGaAs基板
50上に厚さ0.2μmのSドープGaAsエピタキシャル層51
を形成してなる試料に加速エネルギー10kev、2.5m.Aで
直径が約50μmのAr +イオンビーム4を第1のイオンと
して2mm×2mmの範囲で走査しながら照射し、同時に加速
エネルギー10evで直径約1200μmののO2 +イオンビーム
1を第2のイオンとして一括照射した様子を示す。O2 +
イオンビーム照射量は試料からの二次イオン電流が飽和
するO2 +イオンビームの電流値から決められる。Ar +イオ
ンビーム4の照射でスパッタリングされたCr +41は質量
分析計を通して検知される。次にO2 +イオンビーム照射
を中断するとともにただちに加速エネルギー10evで直径
約1200μmののCs +イオンビーム2を第3のイオンとし
て一括照射し、同時にAr +イオンビーム4のスパッタリ
ングでS-42を放出させた様子を第3図(b)に示す。以
下、上記第3図(a),(b)の工程を繰り返しながら
試料の深さ方向の二次イオン質量分析をおこなった。
本実施例の如く第2のイオンや第3のイオンを一括して
照射する場合には、わずらわしいビーム絞り工程が不要
になることの他に、分析時間を短縮できる利点がある。
さらに一括照射ビームの断面均一性は少なくとも分析領
域表面が第2,第3のイオンビームで被覆される程度であ
れば問題にならない。
照射する場合には、わずらわしいビーム絞り工程が不要
になることの他に、分析時間を短縮できる利点がある。
さらに一括照射ビームの断面均一性は少なくとも分析領
域表面が第2,第3のイオンビームで被覆される程度であ
れば問題にならない。
なお、本発明の実施例においては試料バイアスについて
は触れなかったが、セクタマス(Sector Mass)型の質
量分析計を用いる場合には高・質量分解能を得るべく二
次イオンを加速した方が良いし、四重極マス型の質量分
析計を用いる場合にも数Vから数十Vの試料バイアスを
おこなっても良い。
は触れなかったが、セクタマス(Sector Mass)型の質
量分析計を用いる場合には高・質量分解能を得るべく二
次イオンを加速した方が良いし、四重極マス型の質量分
析計を用いる場合にも数Vから数十Vの試料バイアスを
おこなっても良い。
以上説明したように、本発明は高加速エネルギーの第1
のイオンで試料表面をスパッタリングする際に、電気陰
性度が第1のイオンより大きい元素の第2のイオンと小
さい元素の第3イオンとを極く低エネルギーで交互に繰
り返し照射して試料表面の仕事関数を変化させることに
より極く低エネルギーの陰性元素イオン(たとえば
O2 +)を照射する際には正の二次イオンを高感度に分析
でき、逆に極く低エネルギーの陽性イオン(たとえばCs
+)を照射する際には、負の二次イオンを高感度に検出
できるので、同一領域の同一分析中に正・負の二次イオ
ンの深さ分布を交互にしかも高感度に分析できる効果を
有し、その結果、分析の省力化とともに深さ分析を正確
に測定でき得る効果がある。
のイオンで試料表面をスパッタリングする際に、電気陰
性度が第1のイオンより大きい元素の第2のイオンと小
さい元素の第3イオンとを極く低エネルギーで交互に繰
り返し照射して試料表面の仕事関数を変化させることに
より極く低エネルギーの陰性元素イオン(たとえば
O2 +)を照射する際には正の二次イオンを高感度に分析
でき、逆に極く低エネルギーの陽性イオン(たとえばCs
+)を照射する際には、負の二次イオンを高感度に検出
できるので、同一領域の同一分析中に正・負の二次イオ
ンの深さ分布を交互にしかも高感度に分析できる効果を
有し、その結果、分析の省力化とともに深さ分析を正確
に測定でき得る効果がある。
第1図(a),(b)は本発明の第1の実施例の工程を
示す断面図、第2図は本発明の第1の実施例により得た
GaAs基板中のSとCrの深さ分布図、第3図(a),
(b)は本発明の第2の実施例の工程を示す断面図、第
4図(a),(b)は従来のSIMSにおける一次イオン照
射方法の工程を示す断面図である。 1……O2 +イオンビーム、2……Cs +イオンビーム、3…
…N+イオンビーム、4……Ar +イオンビーム、41……ス
パッタリングCr +、42……スパッタリングS-、50……GaA
s基板、51……GaAsエピタキシャル層、71……第1の分
析で生じた穴、72……第2の分析で生じた穴、73……本
発明の方法で生じた穴。
示す断面図、第2図は本発明の第1の実施例により得た
GaAs基板中のSとCrの深さ分布図、第3図(a),
(b)は本発明の第2の実施例の工程を示す断面図、第
4図(a),(b)は従来のSIMSにおける一次イオン照
射方法の工程を示す断面図である。 1……O2 +イオンビーム、2……Cs +イオンビーム、3…
…N+イオンビーム、4……Ar +イオンビーム、41……ス
パッタリングCr +、42……スパッタリングS-、50……GaA
s基板、51……GaAsエピタキシャル層、71……第1の分
析で生じた穴、72……第2の分析で生じた穴、73……本
発明の方法で生じた穴。
Claims (3)
- 【請求項1】二次イオン質量分析装置を用いた元素の深
さ分布の測定において、高エネルギーの第1のイオンを
分析領域を含む試料表面に照射しながら、第1のイオン
より高い電気陰性度の極低エネルギーの第2のイオンを
照射する第1の工程と、第1のイオンより低い電気陰性
度の極低エネルギーの第3のイオンを照射する第2の工
程とを順次繰り返して、分析領域を含む試料表面に前記
の第2あるいは第3のイオンによる吸着層を形成しなが
らスパッタリング(Sputtering)・エッチングすること
を特徴とする一次イオン照射方法。 - 【請求項2】第2のイオン及び第3のイオンを照射する
工程において、第2のイオン及び第3のイオンを走査し
ながら照射することを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の一次イオン照射方法。 - 【請求項3】第2のイオン及び第3のイオンを照射する
工程において、第2のイオン及び第3のイオンを一括し
て照射することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の一次イオン照射方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62165669A JPH07107518B2 (ja) | 1987-07-01 | 1987-07-01 | 一次イオン照射方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62165669A JPH07107518B2 (ja) | 1987-07-01 | 1987-07-01 | 一次イオン照射方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS649350A JPS649350A (en) | 1989-01-12 |
| JPH07107518B2 true JPH07107518B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=15816771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62165669A Expired - Lifetime JPH07107518B2 (ja) | 1987-07-01 | 1987-07-01 | 一次イオン照射方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07107518B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6489612B1 (en) * | 1999-04-21 | 2002-12-03 | Seiko Instruments Inc. | Method of measuring film thickness |
| JP4864336B2 (ja) * | 2005-03-18 | 2012-02-01 | 富士通株式会社 | 深さ方向元素分布測定方法 |
| JP4726003B2 (ja) * | 2006-03-24 | 2011-07-20 | 富士通株式会社 | 深さ方向元素分析方法 |
-
1987
- 1987-07-01 JP JP62165669A patent/JPH07107518B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS649350A (en) | 1989-01-12 |
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