SIMS｜二次イオン質量分析法
分析概略
業界最大級の設備と7000種以上の標準試料で、極微量不純物を定量
SIMSは、試料表面を一次イオンでスパッタし、放出された二次イオンを質量分析計で検出する手法です。H（水素）を含む全元素を対象に、ppm〜pptオーダーという極低濃度の不純物・ドーパントを、深さ方向分布（デプスプロファイル）として高感度に見える化します。
EAGのSIMS分析の強み
- 世界最大規模の体制: 50台以上のSIMS装置を保有し、圧倒的なスループットを実現。
- 正確な定量性: 7000種類以上の自社製標準試料（RSF）をバックデータとして所有。微量元素に対しても正確な濃度定量と、業界最高水準の検出下限値を提供します。
- 独自技術 PCOR-SIMS: 化合物半導体の組成変動に伴う感度変化を1点ごとに補正。SiC/GaNの組成・不純物評価や、次世代デバイスの極浅イオン注入（ULE）分布評価において、他社の追随を許さない精度を誇ります
用途事例
深さ方向プロファイル分析（Depth Profiling）
表面から内部へ、元素分布の挙動を極低濃度域まで可視化します。
- ドーパント分布の精密定量：SiC、GaN、Siなどの半導体基板・薄膜における注入元素（B, P, As, Mg, Al等）の濃度分布と活性化層の評価。
- イオン注入プロファイルの最適化：注入エネルギーやドーズ量に起因するチャネリング、ダメージ、拡散挙動の正確なトラッキング。
- 膜中・界面の汚染元素評価：成膜プロセス中に混入した大気成分（C, O, H, N）や金属汚染を、界面近傍のパイルアップを含めて高感度検出。
薄膜・積層構造の界面評価
ナノスケールの積層構造における変化を鋭敏に捉えます。
- 界面汚染・極薄膜のキャラクタリゼーション：多層膜の界面にトラップされた不純物や、数ナノレベルの自然酸化膜の膜厚・組成変化を調査。
- 拡散障壁（バリア膜）の性能評価：熱処理等による異種材料間の相互拡散や、バリア層の突き抜け現象の検証。
- 膜種限定・主成分組成分析：特定の化合物薄膜において、化学量論的（ストイキオメトリ）な組成比の深さ方向変動をモニタリング。
バルク材料の超高感度不純物分析
マトリックス成分に埋もれた微量不純物を逃さずキャッチします。
- 微量不純物のバルク分析：Siウェハ、化合物半導体インゴット、ターゲット材等に含まれる不純物をppb〜pptレベルで定量。
- プロセス起因の汚染特定：原料、るつぼ、ガス等から混入する特定元素のバックグラウンド評価。
対象試料の事例
先端半導体・ロジックデバイス（Si / Dielectrics）
Si基材および絶縁膜における微細化・高性能化を支える超高感度分析。
- Si・ポリシリコンデバイス：イオン注入分布の精密評価、多層膜界面の不純物トラップ調査。
- 極浅接合（ULE-SIMS）：極低エネルギーイオン注入（Ultra-Low Energy）による極薄プロファイルの正確な定量。
- 各種ゲート絶縁膜・スペーサー：SiO2、SiN、SiON、およびHigh-k膜中の組成・汚染評価。
- 極表面汚染分析（Surface-SIMS）：ウェハ表面から数nm以内に存在する、プロセス起因の微量汚染を精密キャッチ。
パワーデバイス・化合物半導体（Wide Bandgap / III-V / II-VI）
次世代高速・高耐圧デバイス開発に不可欠なエピ層・不純物制御。
- SiC（シリコンカーバイド）：エピ成長層内の不純物（Al, N, B等）定量およびSiC / SiO2界面評価。
- III-V族（GaN, AlN, GaAs, InP等）：ヘテロ構造における急峻な界面の評価、およびMg, Si等のドーパントプロファイル。
- II-VI族（HgCdTe, ZnSe等）：赤外線センサや光デバイス向け特殊材料の深さ方向分析。
エネルギー・ディスプレイ技術（PV / FPD / Organic）
薄膜デバイスの変換効率向上と長寿命化のための欠陥解析。
- 太陽電池（PV）：結晶Si（PV-Si）内の不純物評価、CIGS等の薄膜太陽電池における各層の拡散挙動モニタリング。
- FPD・有機EL（OLED）：積層膜中の水分・酸素浸入の追跡、および金属元素の拡散による劣化メカニズム解析。
金属薄膜・機能性コーティング（Metallization / Coatings）
信頼性試験やプロセス開発における金属層の特性評価。
- 配線・バリアメタル：Cu, Ti, W, Al膜等の積層構造における相互拡散および酸化状態の調査。
- 高機能コーティング：ハードコーティングや光学薄膜、防汚膜等の膜厚・組成・不純物分布。
原理/特徴
一次イオン
スパッタリングに用いられる一次イオンは酸素 (O2+) またはセシウム (Cs+)を使用します。検出元素に対するイオンビームの使い分けは下記図をご参照ください。通常2〜20数十umほどに絞った一次イオンビームを四角に走査させて試料をスパッタリングします。走査（ラスター）面積は、通常数100 μm～数10μm角程度です。
二次イオン
スパッタリングにより形成された二次イオンは質量分析系で分離されたのち、ファラデーカップまたはエレクトロンマルチプライヤーで検出します。精度の高い深さ方向分解能を得るため、ラスター領域中心部分（φ30～150um程度）の二次イオンのみが検出されます。
装置構成
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質量分析計 |
メリット |
デメリット |
特徴 |
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磁場型 |
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四重極型 |
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分析事例
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Si基板中に11B、P、Asをイオン注入した後の深さ方向濃度分析 測定材料ごとに最適化されたSIMSを用いることで、高感度で高精度な分析が可能。 |
酸化膜中における可動イオンのイオン注入分布評価 EAG Laboratoriesでは適切なチャージアップ補正を行い、絶縁膜中の可動イオン（Li、Na、K等）の正確な分析が可能。 |
セミバルクモードを用いたSiC試料中の金属不純物分析 一般的に磁場型のSIMSでは困難とされる多元素測定を、セミバルクモードを用いることでSiC中のAl、Na、V、Ti、Cr、Fe、Ni、Cuをリーズナブルな検出下限値で分析可能。 |
分析に適した試料量/形状
- 形状：推奨10×10mm（厚み0.5～3mm）、最小8×6mm（厚み0.5～3mm）で表面鏡面仕上げ
（上記以外の形状・サイズについても対応可能です、弊社までご相談ください）
