JP2001221755A - Secondary ion mass spectrometry - Google Patents

Secondary ion mass spectrometry

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JP2001221755A
JP2001221755A JP2000030594A JP2000030594A JP2001221755A JP 2001221755 A JP2001221755 A JP 2001221755A JP 2000030594 A JP2000030594 A JP 2000030594A JP 2000030594 A JP2000030594 A JP 2000030594A JP 2001221755 A JP2001221755 A JP 2001221755A
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secondary ion
intensity
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ions
ion intensity
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Osamu Ishiyama
修 石山
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To calculate secondary ion intensity of interfering ion relative to a measuring object element without using a standard sample including no measuring object element. SOLUTION: A first secondary ion intensity of ion having a mass number roughly equal to that of the measuring object element and a second secondary ion intensity of molecular ion which is an isotope of the interfering ion relative to the measuring object element are measured, and thereafter correlation between the second secondary ion intensity and an isotope abundance of the molecular ion is obtained, and then a third secondary ion intensity of the interfering ion is calculated by using the correlation. Then, the third secondary ion intensity is subtracted from the first secondary ion intensity, to thereby calculate a fourth secondary ion intensity of the measuring object element, and the concentration of the measuring object element in the sample is obtained by using the fourth secondary ion intensity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体材料中の不純
物濃度の定量分析に用いられる二次イオン質量分析法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a secondary ion mass spectrometry used for quantitative analysis of impurity concentration in a solid material.

【0002】[0002]

【従来の技術】二次イオン質量分析法(Secondary Ion
Mass Spectrometry :以下、SIMS法と称する)は、
固体材料に一次イオンを照射することによって放出され
る二次イオンを質量分析して、固体材料中に含まれる不
純物つまり測定対象元素についての分析を行なう方法で
ある。SIMS法は、固体材料中の微量不純物を最も高
感度で検出できる分析方法として、半導体又は金属中に
おける不純物濃度の深さ方向分析に広く利用されてい
る。
2. Description of the Related Art Secondary ion mass spectrometry (Secondary Ion
Mass Spectrometry (hereinafter referred to as SIMS method)
In this method, secondary ions emitted by irradiating the solid material with primary ions are subjected to mass analysis to analyze impurities contained in the solid material, that is, elements to be measured. The SIMS method is widely used in the depth direction analysis of impurity concentration in a semiconductor or metal as an analysis method capable of detecting a trace impurity in a solid material with the highest sensitivity.

【0003】ところで、SIMS法においては固体表面
に一次イオンを照射したときに、測定対象元素からなる
単原子イオンと共に、測定対象元素以外の他の元素から
なる分子イオン又は多価イオンが放出される。これらの
分子イオン又は多価イオンのうち、測定対象元素と略等
しい質量数を有するイオンは一般的に妨害イオンと呼ば
れている。SIMS法により測定対象元素の二次イオン
強度を測定すると、実際の二次イオン強度の測定値に
は、通常、妨害イオンの強度成分つまりバックグラウン
ドが含まれている。
[0003] In the SIMS method, when a solid surface is irradiated with primary ions, molecular ions or polyvalent ions composed of elements other than the element to be measured are released together with monoatomic ions composed of the element to be measured. . Among these molecular ions or polyvalent ions, ions having a mass number substantially equal to the element to be measured are generally called interfering ions. When the secondary ion intensity of the element to be measured is measured by the SIMS method, the measured value of the actual secondary ion intensity usually includes the intensity component of the interfering ion, that is, the background.

【0004】従って、SIMS法による微量不純物の検
出感度をより高くするためには、二次イオン強度を増大
させるか、又は、二次イオン強度に含まれるバックグラ
ウンドを小さくすればよい。
[0004] Therefore, in order to increase the sensitivity of detecting trace impurities by the SIMS method, the secondary ion intensity may be increased or the background included in the secondary ion intensity may be reduced.

【0005】以下、図8に示すTiSi2 膜とポリシリ
コン膜との積層構造(以下、TiSi2 /Si構造)を
有する試料に対して、不純物として注入されたAsの深
さ方向分布の測定を行なう場合を例として、従来のSI
MS法について説明する。
[0005] In the following, a depth direction distribution of As implanted as an impurity was measured for a sample having a laminated structure of TiSi 2 film and polysilicon film (hereinafter referred to as TiSi 2 / Si structure) shown in FIG. For example, the conventional SI
The MS method will be described.

【0006】図8に示すように、シリコン基板1上にシ
リコン酸化膜2を介してポリシリコン膜3が形成されて
いると共に、ポリシリコン膜3上に厚さ約40nmのT
iSi2 膜4が形成されている。尚、ポリシリコン膜3
には不純物となるAsがイオン注入されていると共に、
該イオン注入後にシリコン基板1に対してアニール処理
が行なわれている。
As shown in FIG. 8, a polysilicon film 3 is formed on a silicon substrate 1 with a silicon oxide film 2 interposed therebetween.
An iSi 2 film 4 is formed. The polysilicon film 3
Is ion-implanted with As, which is an impurity,
After the ion implantation, an annealing process is performed on the silicon substrate 1.

【0007】図8に示す試料中におけるAs濃度をSI
MS法を用いて分析する場合、測定対象元素つまり75
s(質量数mが75(小数点以下省略……以下同じ)の
Asイオン)に対して、75Asと略等しい質量数を有す
46Ti29Si(質量数mが46のTiと質量数mが2
9のSiからなる分子イオン)及び47Ti28Si(質量
数mが47のTiと質量数mが28のSiからなる分子
イオン)が妨害イオンとなる。
The As concentration in the sample shown in FIG.
When analyzing using the MS method, the element to be measured, that is, 75 A
With respect to s (As ions having a mass number m of 75 (omitted below the decimal point ... the same applies hereinafter)), 46 Ti 29 Si having a mass number substantially equal to 75 As (Ti having a mass number m of 46 and mass number m of 46 2
9 molecular ions made of Si) and 47 Ti 28 Si (molecular ions made of Ti having a mass number m of 47 and Si having a mass number m of 28) become interference ions.

【0008】測定対象元素の二次イオン強度を測定する
ときに、妨害イオンの強度成分を除去するため、以下に
説明する(1)高分解能測定法、(2)オフセット電位
法、又は、(3)単原子イオンに対する分子イオンの強
度比を調べる方法等が通常用いられている。 (1)高分解能測定法 高分解能測定法においては、最高10000程度の質量
分解能m/Δmが得られる二重収束型SIMS装置を利
用する。これにより、測定対象元素と妨害イオンとの間
の質量数の差Δmが、測定対象元素の質量数mの1/1
0000よりも大きい場合には、妨害イオンの強度成分
を除去しながら測定対象元素の二次イオン強度を測定す
ることができる。 (2)オフセット電位法 ところが、図8に示す試料中におけるAs濃度を分析す
る場合、75Asと妨害イオンとを分離するために必要な
質量分解能m/Δmは10000前後に達してしまう
(妨害イオンが46Ti29Siのときに必要な質量分解能
m/Δmは9950であり、妨害イオンが47Ti28Si
のときに必要な質量分解能m/Δmは10555であ
る)ので、高分解能測定法を用いても妨害イオンの強度
成分を除去することが困難になる。
In order to remove the intensity component of interfering ions when measuring the secondary ion intensity of the element to be measured, the following (1) high-resolution measurement method, (2) offset potential method, or (3) A method for examining the intensity ratio of molecular ions to monoatomic ions is usually used. (1) High-resolution measurement method In the high-resolution measurement method, a double-focusing SIMS device capable of obtaining a mass resolution m / Δm of up to about 10,000 is used. Thereby, the difference Δm of the mass number between the element to be measured and the interfering ion is 1/1 of the mass number m of the element to be measured.
When it is larger than 0000, the secondary ion intensity of the element to be measured can be measured while removing the intensity component of the interfering ions. (2) Offset potential method However, when analyzing the As concentration in the sample shown in FIG. 8, the mass resolution m / Δm required to separate 75 As from interfering ions reaches about 10,000 (interfering ions). Is 46 Ti 29 Si, the required mass resolution m / Δm is 9950, and the interfering ions are 47 Ti 28 Si
In this case, the required mass resolution m / Δm is 10555), so that it becomes difficult to remove the intensity component of the interfering ions even by using the high-resolution measurement method.

【0009】そこで、二重収束型SIMS装置において
オフセット電位法(S. F. Corcoran, D. P. Griffis, a
nd R. W. Linton, Secondary Ion Mass Spectrometry,
SIMS VI, A. Benninghoven, A. M. Huber, and H.
W. Werner, Eds., Wiley, New York (1988) pp. 283-28
6.等)を用いることにより、測定対象元素の二次イオン
強度の測定が行なわれるようになってきた。
Therefore, the offset potential method (SF Corcoran, DP Griffis, a
nd RW Linton, Secondary Ion Mass Spectrometry,
SIMS VI, A. Benninghoven, AM Huber, and H.
W. Werner, Eds., Wiley, New York (1988) pp. 283-28
6.) has been used to measure the secondary ion intensity of the element to be measured.

【0010】一般的に、測定対象元素からなる単原子イ
オンと比較して、妨害イオンとなる分子イオンの方が狭
いエネルギー分布を示す。この性質を利用したオフセッ
ト電位法においては、高いエネルギー領域の二次イオン
を検出できるように二重収束型SIMS装置における質
量分析計のスリット位置が設定される。これにより、検
出される分子イオン(妨害イオン)の単原子イオン(測
定対象元素)に対する割合を小さくできるので、妨害イ
オンの強度成分を除去しながら測定対象元素の二次イオ
ン強度を測定することができる。
Generally, molecular ions serving as interfering ions have a narrower energy distribution than monoatomic ions consisting of the element to be measured. In the offset potential method utilizing this property, a slit position of a mass spectrometer in a double focusing SIMS apparatus is set so that secondary ions in a high energy region can be detected. As a result, the ratio of detected molecular ions (interfering ions) to monoatomic ions (elements to be measured) can be reduced, so that the secondary ion intensity of the element to be measured can be measured while removing the intensity component of the interfering ions. it can.

【0011】図9は、従来の二次イオン質量分析法を用
いて、図8に示す試料に対して、Asと略等しい質量数
(m=75)を有するイオンの二次イオン強度の深さプ
ロファイルの測定を行なった結果を示している。
FIG. 9 shows the depth of the secondary ion intensity of ions having a mass number substantially equal to As (m = 75) with respect to the sample shown in FIG. 8 using the conventional secondary ion mass spectrometry. The result of having measured the profile is shown.

【0012】図9において、実線は通常の分解能での測
定により得られた二次イオン強度の深さプロファイルを
表し、破線はオフセット電位法により得られた二次イオ
ン強度の深さプロファイルを表している。尚、いずれの
二次イオン強度の深さプロファイルも、二重収束型SI
MS装置において一次イオンビームとしてCs+ ビーム
を用いると共に二次イオンとしてマイナスイオンを検出
することにより得られたものである。
In FIG. 9, the solid line represents the depth profile of the secondary ion intensity obtained by the measurement with the normal resolution, and the broken line represents the depth profile of the secondary ion intensity obtained by the offset potential method. I have. Note that the depth profile of any secondary ion intensity is the same as that of the double focusing type SI.
This is obtained by using a Cs + beam as a primary ion beam and detecting a negative ion as a secondary ion in an MS device.

【0013】図9に示すように、通常の分解能での測定
により得られた二次イオン強度の深さプロファイルにお
いては、75Asに対する妨害イオンとして発生する46
29Si及び47Ti28Siの強度成分が除去されていな
いので、TiSi2 膜4(深さ0nm〜約40nm)中
では二次イオン強度が相対的に高くなる一方、ポリシリ
コン膜3(深さ約40nm以上)中では深さが増すに伴
って、つまりTiの分布が減少するに伴って、二次イオ
ン強度がゆるやかに減少しながら一定値に近づいてい
く。
As shown in FIG. 9, in the depth profile of the secondary ion intensity obtained by the measurement at the ordinary resolution, 46 T generated as an interfering ion with respect to 75 As is obtained.
Since the intensity components of i 29 Si and 47 Ti 28 Si have not been removed, the secondary ion intensity is relatively high in the TiSi 2 film 4 (depth 0 nm to about 40 nm), while the polysilicon film 3 (depth) is low. (About 40 nm or more), the secondary ion intensity gradually decreases and approaches a constant value as the depth increases, that is, as the distribution of Ti decreases.

【0014】一方、図9に示すように、オフセット電位
法により得られた二次イオン強度の深さプロファイルに
おいては、75Asに対する妨害イオンの強度成分が除去
されているので、TiSi2 膜4中及びポリシリコン膜
3中で二次イオン強度がほぼ一定になる。すなわち、オ
フセット電位法を用いることにより、妨害イオンの強度
成分が除去された75Asの二次イオン強度の深さプロフ
ァイルが得られる。 (3)単原子イオンに対する分子イオンの強度比を調べ
る方法 ところで、LSIの微細化に伴って、ドーパント濃度の
深さプロファイルの測定等において、SIMS法の深さ
方向の分解能を高くすることが求められてきている。S
IMS法の深さ方向の分解能を高くするためには、一次
イオンビームの入射エネルギーを低減することが有効で
あるので、二重収束型SIMS装置を用いるよりも四重
極型の質量分析計を有するSIMS装置(以下、四重極
型SIMS装置と称する)を用いる方が一般的に有利で
ある。
[0014] On the other hand, as shown in FIG. 9, in the depth profile of the secondary ion intensity obtained by the offset potential method, the intensity component of the interfering ions are removed for 75 As, TiSi 2 film 4 The secondary ion intensity in the polysilicon film 3 becomes substantially constant. That is, by using the offset potential method, a depth profile of the secondary ion intensity of 75 As from which the intensity component of the interfering ions is removed can be obtained. (3) Method for Investigating the Intensity Ratio of Molecular Ions to Monoatomic Ions By the way, with the miniaturization of LSI, it is required to increase the resolution in the depth direction of the SIMS method in the measurement of the depth profile of the dopant concentration and the like. Have been S
In order to increase the resolution in the depth direction of the IMS method, it is effective to reduce the incident energy of the primary ion beam. Therefore, a quadrupole mass spectrometer is required rather than using a double focusing SIMS apparatus. It is generally advantageous to use a SIMS device having the same (hereinafter referred to as a quadrupole SIMS device).

【0015】しかし、四重極型SIMS装置において
は、質量分解能m/Δmが2程度であるために前述の高
分解能測定法を用いることができないと共に、前述のオ
フセット電位法を用いることもできないので、四重極型
SIMS装置により測定対象元素の二次イオン強度の測
定を行なう場合、妨害イオンの強度成分を直接除去する
ことは不可能である。
However, in the quadrupole SIMS apparatus, since the mass resolution m / Δm is about 2, the high-resolution measurement method cannot be used, and the offset potential method cannot be used. When the secondary ion intensity of the element to be measured is measured by a quadrupole SIMS device, it is impossible to directly remove the intensity component of the interfering ions.

【0016】そこで、四重極型SIMS装置において
「単原子イオンに対する分子イオンの強度比を調べる方
法」(S. F. Corcoran, D. P. Griffis, and R. W. Lin
ton, Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS VI,
A. Benninghoven, A. M. Huber, and H. W. Werner, E
ds., Wiley, New York (1988) pp. 283-286.等)を用い
ることにより、測定対象元素の二次イオン強度の測定が
行なわれるようになってきた。
Therefore, in a quadrupole SIMS apparatus, "a method for examining the intensity ratio of molecular ions to monoatomic ions" (SF Corcoran, DP Griffis, and RW Lin)
ton, Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS VI,
A. Benninghoven, AM Huber, and HW Werner, E
ds., Wiley, New York (1988) pp. 283-286.), the secondary ion intensity of the element to be measured has been measured.

【0017】以下、図8に示すTiSi2 /Si構造を
有する試料中におけるAs濃度の分析を行なう場合を例
として、「単原子イオンに対する分子イオンの強度比を
調べる方法」について図10のフローチャートを参照し
ながら具体的に説明する。尚、以下の説明においては、
一次イオンビームとしてCs+ ビームを用いると共に二
次イオンとしてマイナスイオンを検出するものとする。
The flow chart of FIG. 10 will be described below with respect to the "method for examining the intensity ratio of molecular ions to monoatomic ions" by taking as an example the case of analyzing the As concentration in a sample having a TiSi 2 / Si structure shown in FIG. This will be described specifically with reference to FIG. In the following description,
It is assumed that a Cs + beam is used as a primary ion beam and negative ions are detected as secondary ions.

【0018】まず、ステップS1において、図8に示す
TiSi2 /Si構造を有し、Asを含む測定対象試料
を用いて、Siの第1の補助二次イオン強度ISiと、T
i(単原子イオン)の第2の補助二次イオン強度I
Tiと、Asと略等しい質量数(m=75)を有するイオ
ンの第1の二次イオン強度I75とを測定する。
First, in step S1, a first auxiliary secondary ion intensity I Si of Si and T 1 are measured using a sample to be measured having a TiSi 2 / Si structure shown in FIG.
the second auxiliary secondary ion intensity I of i (monoatomic ion)
Ti and a first secondary ion intensity I 75 of an ion having a mass number substantially equal to As (m = 75) are measured.

【0019】次に、ステップS2において、図8に示す
TiSi2 /Si構造を有し、Asを含まない第1の標
準試料を用いて、Ti(単原子イオン)の第3の補助二
次イオン強度JTiと、Asと略等しい質量数(m=7
5)を有する分子イオンの第4の補助二次イオン強度J
75(第1の標準試料におけるAsに対する妨害イオンの
二次イオン強度)とを測定する。
Next, in step S2, a third auxiliary secondary ion of Ti (monoatomic ion) is formed using a first standard sample having a TiSi 2 / Si structure shown in FIG. The strength J Ti and the mass number substantially equal to As (m = 7
4th auxiliary secondary ionic strength J of the molecular ion having 5)
75 (secondary ion intensity of interfering ions for As in the first standard sample).

【0020】次に、ステップS3において、測定対象試
料におけるAsに対する妨害イオンの第2の二次イオン
強度Ii を、 Ii = ITi × (J75 / JTi) …… (式1) により算出する。
Next, in step S3, the second secondary ion intensity I i of the interfering ion with respect to As in the sample to be measured is calculated by the following formula: I i = I Ti × (J 75 / J Ti ) (Equation 1) calculate.

【0021】次に、ステップS4において、測定対象試
料におけるAsの第3の二次イオン強度IAsを、 IAs = I75 − Ii …… (式2) により、つまり、第1の二次イオン強度I75から第2の
二次イオン強度Ii を差し引くことにより算出する。
Next, in step S4, the third secondary ionic strength I As of As in the sample to be measured is calculated by the following formula: I As = I 75 −I i (2) calculated by the ionic strength I 75 subtracting the second secondary ion intensity I i.

【0022】次に、相対感度係数RSFを用いてAs濃
度を求める。
Next, the As concentration is determined using the relative sensitivity coefficient RSF.

【0023】具体的には、ステップS5において、図8
に示すTiSi2 /Si構造を有し、Asが注入された
第2の標準試料(As濃度CAs 0 既知)を用いて、Si
の第5の補助二次イオン強度KSiとAsの第6の補助二
次イオン強度KAsとを測定する。
Specifically, in step S5, FIG.
To have a TiSi 2 / Si structure shown, with the second standard sample As is injected (As concentration C As 0 known), Si
The fifth auxiliary secondary ion intensity K Si of As and the sixth auxiliary secondary ion intensity K As of As are measured.

【0024】次に、ステップS6において、AsのSi
に対する相対感度係数RSFを、 RSF = (KSi / KAs) × CAs 0 …… (式3) により算出する。
Next, in step S6, the Si of As
Is calculated by the following equation: RSF = (K Si / K As ) × C As 0 .

【0025】次に、ステップS7において、測定対象試
料中のAs濃度CAsを、 CAs = (IAs / ISi ) × RSF …… (式4) により算出する。
Next, in step S7, the As concentration C As in the sample to be measured is calculated by the following equation: C As = (I As / I Si ) × RSF (Equation 4)

【0026】以上に説明したように、「単原子イオンに
対する分子イオンの強度比を調べる方法」の特徴は、測
定対象元素が含まれていない標準試料を用いて、妨害イ
オンを構成する原子の単原子イオンの二次イオン強度
(第3の補助二次イオン強度J Ti)と、妨害イオンとし
て作用する分子イオンの二次イオン強度(第4の補助二
次イオン強度J75)との比、つまり「単原子イオンに対
する分子イオンの強度比」を求めると共に、該「単原子
イオンに対する分子イオンの強度比」に基づき、測定対
象試料における測定対象元素に対する妨害イオンの二次
イオン強度(第2の二次イオン強度Ii )を算出するこ
とである。
As described above, as described in “Monoatomic ion
The method of determining the intensity ratio of molecular ions to
Using a standard sample that does not contain
Secondary ionic strength of the monatomic ion of the atoms that make up the on
(Third auxiliary secondary ionic strength J Ti) And interfering ions
Secondary ion intensity of the molecular ion acting by
Next ionic strength J75), That is, "for a monoatomic ion
And the "single atom"
Measurement ratio based on the “intensity ratio of molecular ions to ions”
Secondary of interfering ions for the element to be measured in elephant samples
Ionic strength (second secondary ionic strength Ii)
And

【0027】尚、「単原子イオンに対する分子イオンの
強度比を調べる方法」は、二重収束型SIMS装置にお
いても用いることができる。
The "method for examining the intensity ratio of molecular ions to monoatomic ions" can also be used in a double focusing SIMS apparatus.

【0028】[0028]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、「単原
子イオンに対する分子イオンの強度比を調べる方法」を
用いる場合、得られた測定対象元素の二次イオン強度
(第3の二次イオン強度I As)を不純物濃度に換算する
ための標準試料(Asが注入された第2の標準試料)に
加えて、「単原子イオンに対する分子イオンの強度比」
を求めるための標準試料(Asを含まない第1の標準試
料)を用意する必要があるので、工程が煩雑になるとい
う問題がある。
[Problems to be solved by the invention]
Method for determining the intensity ratio of molecular ions to molecular ions
If used, the secondary ionic strength of the target element obtained
(Third secondary ion intensity I As) Is converted to impurity concentration
Sample (the second standard sample into which As was injected)
In addition, "Intensity ratio of molecular ions to monoatomic ions"
Sample (first standard sample not containing As)
Fees), which makes the process complicated.
Problem.

【0029】また、「単原子イオンに対する分子イオン
の強度比を調べる方法」を用いる場合、測定対象元素に
対する妨害イオンとなる分子イオンの二次イオン強度
の、測定条件又は試料の状態等に対する依存性が強いた
め、測定対象元素を含まない標準試料における「単原子
イオンに対する分子イオンの強度比(J75/JTi)」と
測定対象試料における「単原子イオンに対する分子イオ
ンの強度比(Ii /ITi)」とが一致しているとは限ら
ないので、測定対象試料における測定対象元素の二次イ
オン強度の定量精度が低下する要因が生じる。
When the "method for examining the intensity ratio of molecular ions to monoatomic ions" is used, the dependence of the secondary ion intensity of molecular ions serving as interfering ions on the element to be measured on the measurement conditions or the state of the sample, etc. Is strong, the “intensity ratio of molecular ions to monoatomic ions (J 75 / J Ti )” in the standard sample not containing the element to be measured and the “intensity ratio of molecular ions to monoatomic ions (I i / I Ti ) "does not necessarily coincide with each other, which causes a factor that the accuracy of quantitative determination of the secondary ion intensity of the element to be measured in the sample to be measured decreases.

【0030】前記に鑑み、本発明は、測定対象元素を含
まない標準試料を用いることなく、測定対象元素に対す
る妨害イオンの二次イオン強度を算出できるようにする
ことを目的とする。
In view of the above, it is an object of the present invention to be able to calculate the secondary ion intensity of interfering ions for an element to be measured without using a standard sample containing no element to be measured.

【0031】[0031]

【課題を解決するための手段】本発明は、測定対象元素
に対する妨害イオンとなる分子イオンには、多くの場
合、複数の同位体が存在していることに着目してなされ
たものである。
Means for Solving the Problems The present invention has been made by paying attention to the fact that, in many cases, a plurality of isotopes are present in molecular ions serving as interfering ions with respect to an element to be measured.

【0032】具体的には、本発明に係る二次イオン質量
分析法は、測定対象元素を含む試料を用いて、測定対象
元素と略等しい質量数を有するイオンの第1の二次イオ
ン強度と、測定対象元素以外の他の元素からなり、測定
対象元素と略等しい質量数を有する妨害イオンの同位体
となる分子イオンの第2の二次イオン強度とを測定する
第1の工程と、第2の二次イオン強度と、妨害イオンを
含む全ての同位体中における分子イオンの存在比との相
関関係を求める第2の工程と、相関関係を用いて、妨害
イオンの第3の二次イオン強度を算出する第3の工程
と、第1の二次イオン強度から第3の二次イオン強度を
差し引くことにより、測定対象元素の第4の二次イオン
強度を算出する第4の工程と、第4の二次イオン強度を
用いて、試料中における測定対象元素の濃度を求める第
5の工程とを備えている。
Specifically, the secondary ion mass spectrometry according to the present invention uses the sample containing the element to be measured to determine the first secondary ion intensity of ions having a mass number substantially equal to the element to be measured. A first step of measuring a second secondary ion intensity of a molecular ion which is made of an element other than the element to be measured and which is an isotope of an interfering ion having a mass number substantially equal to that of the element to be measured; A second step of determining a correlation between the secondary ion intensity of No. 2 and the abundance ratio of molecular ions in all isotopes including the interfering ion, and a third secondary ion of the interfering ion using the correlation. A third step of calculating the intensity, and a fourth step of calculating a fourth secondary ion intensity of the element to be measured by subtracting the third secondary ion intensity from the first secondary ion intensity; Using the fourth secondary ionic strength, And a fifth step of determining the concentration of the measurement target elements that.

【0033】本発明の二次イオン質量分析法によると、
測定対象元素を含む試料を用いて、測定対象元素と略等
しい質量数を有するイオンの第1の二次イオン強度と、
測定対象元素に対する妨害イオンの同位体となる分子イ
オンの第2の二次イオン強度とを測定した後、第2の二
次イオン強度と分子イオンの同位体存在比との相関関係
を求め、その後、該相関関係を用いて、妨害イオンの第
3の二次イオン強度を算出しているため、測定対象元素
を含まない標準試料を用いることなく、第3の二次イオ
ン強度、つまり測定対象元素に対する妨害イオンの二次
イオン強度を算出することができる。従って、第1の二
次イオン強度から第3の二次イオン強度を差し引くこと
により、測定対象元素の第4の二次イオン強度、つまり
試料中における測定対象元素の濃度を精度良く容易に求
めることができる。
According to the secondary ion mass spectrometry of the present invention,
Using a sample containing the element to be measured, a first secondary ionic strength of ions having a mass number substantially equal to the element to be measured,
After measuring the second secondary ion intensity of the molecular ion which is an isotope of the interfering ion with respect to the element to be measured, the correlation between the second secondary ion intensity and the isotope abundance ratio of the molecular ion is obtained, and then Since the third secondary ion intensity of the interfering ion is calculated using the correlation, the third secondary ion intensity, that is, the element to be measured, can be obtained without using a standard sample containing no element to be measured. The secondary ion intensity of the interfering ions with respect to. Therefore, by subtracting the third secondary ion intensity from the first secondary ion intensity, the fourth secondary ion intensity of the element to be measured, that is, the concentration of the element to be measured in the sample can be easily and accurately determined. Can be.

【0034】また、本発明の二次イオン質量分析法によ
ると、オフセット電位法等の高質量分解能化の方法を用
いることなく、妨害イオンの強度成分が除去された測定
対象元素の二次イオン強度を求めることができるため、
四重極型SIMS装置を利用して深さ方向の分解能を高
くすることができるので、LSI等に使用される半導体
の表面又は界面における不純物分布を正確に評価するこ
とができる。
Further, according to the secondary ion mass spectrometry of the present invention, the secondary ion intensity of the element to be measured from which the intensity component of the interfering ions has been removed without using a method for increasing the mass resolution such as the offset potential method. Because you can ask for
Since the resolution in the depth direction can be increased by using a quadrupole SIMS device, the impurity distribution on the surface or interface of a semiconductor used for an LSI or the like can be accurately evaluated.

【0035】本発明の二次イオン質量分析法において、
前記の相関関係は一次関数式により表されることが好ま
しい。
In the secondary ion mass spectrometry of the present invention,
Preferably, the correlation is represented by a linear function.

【0036】このようにすると、測定対象元素に対する
妨害イオンの二次イオン強度を簡単に算出することがで
きる。
This makes it possible to easily calculate the secondary ion intensity of the interfering ions with respect to the element to be measured.

【0037】本発明の二次イオン質量分析法において、
前記の相関関係は二次関数式により表されることが好ま
しい。
In the secondary ion mass spectrometry of the present invention,
The correlation is preferably represented by a quadratic function.

【0038】このようにすると、前記の相関関係が単純
な比例関係からはずれている場合にも、測定対象試料に
おける妨害イオンの二次イオン強度を正確に算出するこ
とができる。
In this way, even when the correlation deviates from a simple proportional relationship, the secondary ion intensity of interfering ions in the sample to be measured can be calculated accurately.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態に係る二次イオン質量分析法につい
て、図8に示すTiSi2 /Si構造を有する試料中に
おけるAs濃度の分析を行なう場合を例として、図面を
参照しながら説明する。尚、以下の説明においては、一
次イオンビームとしてCs+ ビームを用いると共に二次
イオンとしてマイナスイオンを検出するものとする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) Hereinafter, an As concentration in a sample having a TiSi 2 / Si structure shown in FIG. 8 will be described for a secondary ion mass spectrometry according to a first embodiment of the present invention. An example in which the analysis is performed will be described with reference to the drawings. In the following description, it is assumed that a Cs + beam is used as a primary ion beam and a negative ion is detected as a secondary ion.

【0040】第1の実施形態の特徴は、測定対象元素を
含む試料(以下、測定対象試料と称する)を用いて、測
定対象元素に対する妨害イオンの同位体となる分子イオ
ンの二次イオン強度を測定した後、測定された分子イオ
ンの二次イオン強度と、妨害イオンを含む全ての同位体
中における分子イオンの存在比(以下、分子イオンの同
位体存在比と称する)との相関関係を表す一次関数式を
求め、その後、該一次関数式を用いて妨害イオンの二次
イオン強度を算出することである。
The feature of the first embodiment is that, using a sample containing an element to be measured (hereinafter, referred to as a sample to be measured), the secondary ion intensity of molecular ions serving as isotopes of interfering ions with respect to the element to be measured is determined. After measurement, the correlation between the measured secondary ion intensity of molecular ions and the abundance ratio of molecular ions in all isotopes including interfering ions (hereinafter referred to as the isotope abundance ratio of molecular ions) is shown. A linear function expression is obtained, and thereafter, the secondary ion intensity of the interfering ion is calculated using the linear function expression.

【0041】ところで、Ti原子には質量数mが46、
47、48、49、50の同位体が存在すると共に、S
i原子には質量数mが28、29、30の同位体が存在
するため、Ti原子及びSi原子から構成される分子イ
オン(以下、TiSi分子イオンと称する)には質量数
mが74〜80の7種類の同位体が存在する。これらの
TiSi分子イオンの同位体存在比は、Ti原子の同位
体存在比とSi原子の同位体存在比との積で表される。
Incidentally, the Ti atom has a mass number m of 46,
There are 47, 48, 49, and 50 isotopes, and S
Since the i atom has isotopes with mass numbers m of 28, 29, and 30, the molecular ion composed of Ti atom and Si atom (hereinafter referred to as TiSi molecular ion) has mass number m of 74 to 80. There are seven types of isotopes. The isotope abundance ratio of these TiSi molecular ions is represented by the product of the isotope abundance ratio of Ti atoms and the isotope abundance ratio of Si atoms.

【0042】図1は、TiSi分子イオンの同位体構成
及び同位体存在比を示している。
FIG. 1 shows the isotopic composition and isotopic abundance ratio of TiSi molecular ions.

【0043】第1の実施形態においては、測定対象元素
であるAsの質量数mが75であるので、同位体構成が
46Ti29Si又は47Ti28Siで表される質量数mが7
5のTiSi分子イオンがAsに対する妨害イオンとな
ると共に、質量数mが75以外のTiSi分子イオンが
妨害イオンの同位体となる。
In the first embodiment, since the mass number m of As, which is the element to be measured, is 75, the isotope composition is
The mass number m represented by 46 Ti 29 Si or 47 Ti 28 Si is 7
The TiSi molecular ion of No. 5 becomes an interfering ion for As, and the TiSi molecular ion having a mass number m other than 75 becomes an isotope of the interfering ion.

【0044】図2は、図8に示す試料を用いて測定され
た、質量数mが75以外の6種類のTiSi分子イオン
(Asに対する妨害イオンの同位体となるTiSi分子
イオン)の二次イオン強度の、TiSi分子イオンの同
位体存在比に対する依存性を示している。図2におい
て、実線は、質量数mが75以外のTiSi分子イオン
の二次イオン強度と、TiSi分子イオンの同位体存在
比との相関関係を表す一次関数式を示している。
FIG. 2 shows secondary ions of six types of TiSi molecular ions (TiSi molecular ions which are isotopes of interfering ions with As) having a mass number m other than 75, measured using the sample shown in FIG. This shows the dependence of strength on the isotopic abundance ratio of TiSi molecular ions. In FIG. 2, the solid line indicates a linear function expression representing a correlation between the secondary ion intensity of TiSi molecular ions having a mass number m other than 75 and the isotope abundance ratio of TiSi molecular ions.

【0045】図2に示すように、質量数mが76以外の
TiSi分子イオンの二次イオン強度は、TiSi分子
イオンの同位体存在比に対して良い比例関係を有してい
る。
As shown in FIG. 2, the secondary ion intensity of TiSi molecular ions having a mass number m other than 76 has a good proportional relationship with the isotope ratio of TiSi molecular ions.

【0046】従って、質量数mが75及び76以外のT
iSi分子イオンのうちの任意の一つ(同位体存在比が
X であるとする)に対して二次イオン強度IX を測定
することによって、Asに対する妨害イオンとなる質量
数mが75のTiSi分子イオンの二次イオン強度Ii
を、 Ii = (R75 / RX ) × IX …… (式5) により算出することができる。但し、(式5)におい
て、R75は質量数mが75のTiSi分子イオンの同位
体存在比である。
Therefore, when the mass number m is other than 75 and 76, T
By measuring the secondary ion intensity I X for any one of the iSi molecular ions (assuming that the isotope abundance ratio is R X ), the mass number m serving as an interfering ion for As is 75 Secondary ion intensity I i of TiSi molecular ion
I i = (R 75 / R X ) × I X (Equation 5) Here, in (Equation 5), R 75 is an isotope ratio of TiSi molecular ions having a mass number m of 75.

【0047】以下、第1の実施形態に係る二次イオン質
量分析法を用いて、TiSi2 /Si構造を有する試料
中におけるAs濃度の分析を行なう方法について、図3
のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。
Hereinafter, a method of analyzing the As concentration in a sample having a TiSi 2 / Si structure using the secondary ion mass spectrometry according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
This will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.

【0048】まず、ステップS11において、図8に示
すTiSi2 /Si構造を有し、Asを含む測定対象試
料を用いて、Siの第1の補助二次イオン強度ISiと、
Asと略等しい質量数(m=75)を有するイオンの第
1の二次イオン強度I75と、質量数mが75以外のTi
Si分子イオン(Asに対する妨害イオンとなる質量数
mが75のTiSi分子イオンの同位体)の第2の二次
イオン強度IX とを測定する。
First, in step S11, a first auxiliary secondary ion intensity I Si of Si is obtained by using a sample to be measured having a TiSi 2 / Si structure shown in FIG.
A first secondary ion intensity I 75 of an ion having a mass number substantially equal to As (m = 75), and a Ti having a mass number m other than 75
The second secondary ion intensity IX of Si molecular ions (isotopes of TiSi molecular ions having a mass number m of 75 serving as interfering ions for As) is measured.

【0049】次に、ステップS12において、第2の二
次イオン強度IX と、TiSi分子イオンの同位体存在
比RX との相関関係を調べて、第2の二次イオン強度I
X が同位体存在比RX と比例するTiSi分子イオンを
選択する。
Next, in step S12, the correlation between the second secondary ion intensity I X and the isotope abundance ratio R X of the TiSi molecular ion is examined, and the second secondary ion intensity I X is determined.
X selects TiSi molecular ions that is proportional to the isotope abundance ratio R X.

【0050】次に、ステップS13において、ステップ
S12で選択されたTiSi分子イオンの第2の二次イ
オン強度IX 及び同位体存在比RX を用いて、Asに対
する妨害イオンとなる質量数mが75のTiSi分子イ
オンの第3の二次イオン強度Ii を、 Ii = (R75 / RX ) × IX …… (式6) により算出する。但し、(式6)において、R75は質量
数mが75のTiSi分子イオンの同位体存在比であ
る。
Next, in step S13, using the second secondary ion intensity I X and the isotope abundance ratio R X of the TiSi molecular ions selected in step S12, the mass number m serving as an interfering ion for As is determined. the third secondary ion intensity I i of 75 TiSi molecular ion is calculated by I i = (R 75 / R X) × I X ...... ( equation 6). However, in (Equation 6), R 75 is an isotope abundance ratio of a TiSi molecular ion having a mass number m of 75.

【0051】次に、ステップS14において、測定対象
試料におけるAsの第4の二次イオン強度IAsを、 IAs = I75 − Ii …… (式7) により、つまり、第1の二次イオン強度I75から第3の
二次イオン強度Ii を差し引くことにより算出する。
Next, in step S14, the fourth secondary ion intensity I As of As in the sample to be measured is calculated by the following equation (I As = I 75 −I i ), that is, the first secondary ion intensity I As calculated by subtracting the third secondary ion intensity I i of the ionic strength I 75.

【0052】次に、公知の方法により相対感度係数RS
Fを用いてAs濃度を求める。
Next, the relative sensitivity coefficient RS is calculated by a known method.
The As concentration is determined using F.

【0053】具体的には、ステップS15において、図
8に示すTiSi2 /Si構造を有し、Asが注入され
た標準試料(As濃度CAs 0 既知)を用いて、Siの第
2の補助二次イオン強度KSiとAsの第3の補助二次イ
オン強度KAsとを測定する。
More specifically, in step S15, a second auxiliary sample of Si is formed using a standard sample (having a known As concentration C As 0 ) having a TiSi 2 / Si structure shown in FIG. The secondary ion intensity K Si and the third auxiliary secondary ion intensity K As of As are measured.

【0054】次に、ステップS16において、AsのS
iに対する相対感度係数RSFを、 RSF = (KSi / KAs) × CAs 0 …… (式8) により算出する。
Next, in step S16, S of As
The relative sensitivity coefficient RSF for i is calculated by RSF = (K Si / K As ) × C As 0 (Equation 8).

【0055】次に、ステップS17において、測定対象
試料中のAs濃度CAsを、 CAs = (IAs / ISi ) × RSF …… (式9) により算出する。
Next, in step S17, the As concentration C As in the sample to be measured is calculated by C As = (I As / I Si ) × RSF (Equation 9).

【0056】図4は、第1の実施形態に係る二次イオン
質量分析法、具体的には、図3のフローチャートに示す
方法を用いて、図8に示すTiSi2 /Si構造を有す
る試料中におけるAs濃度の分析を行なった結果を示し
ている。尚、ステップS12においては、第2の二次イ
オン強度IX が同位体存在比RX と比例するTiSi分
子イオンとして質量数mが74のTiSi分子イオンを
選択している。
FIG. 4 shows the results obtained by using the secondary ion mass spectrometry according to the first embodiment, specifically, the method having the TiSi 2 / Si structure shown in FIG. Shows the results of the analysis of the As concentration in FIG. In the step S12, the mass number m as TiSi molecular ions second secondary ion intensity I X is proportional to the isotope abundance ratio R X has selected the TiSi molecular ion of 74.

【0057】図4において、実線(黒丸付き)は第1の
実施形態に係る二次イオン質量分析法により得られたA
s濃度の深さプロファイルを表し、一点鎖線は第1の比
較例として、オフセット電位法により得られたAs濃度
の深さプロファイルを表し、破線(白四角付き)は第2
の比較例として、第1の二次イオン強度I75(Asと略
等しい質量数(m=75)を有するイオンの二次イオン
強度)から求めたAs濃度の深さプロファイルを表して
いる。
In FIG. 4, the solid line (with a black circle) indicates A obtained by the secondary ion mass spectrometry according to the first embodiment.
The dashed line represents the depth profile of the As concentration obtained by the offset potential method as a first comparative example, and the dashed line represents the second profile as the first comparative example.
Represents a depth profile of the As concentration obtained from the first secondary ion intensity I 75 (secondary ion intensity of ions having a mass number substantially equal to As (m = 75)).

【0058】図4に示すように、第1の実施形態に係る
二次イオン質量分析法により得られたAs濃度の深さプ
ロファイルは、第1の比較例つまりオフセット電位法に
より得られたAs濃度の深さプロファイルと良く一致し
ている。
As shown in FIG. 4, the depth profile of the As concentration obtained by the secondary ion mass spectrometry according to the first embodiment is the first comparative example, that is, the As concentration obtained by the offset potential method. Well matched with the depth profile.

【0059】一方、図4に示すように、第2の比較例に
おいては、妨害イオンの強度成分が除去されていないた
め、TiSi2 膜4(深さ0nm〜約40nm)中にお
けるAs濃度が過大に評価されている。
On the other hand, as shown in FIG. 4, in the second comparative example, since the intensity component of the interfering ions was not removed, the As concentration in the TiSi 2 film 4 (depth 0 nm to about 40 nm) was excessively high. Has been evaluated.

【0060】以上に説明したように、第1の実施形態に
よると、測定対象試料を用いて、測定対象元素と略等し
い質量数を有するイオンの第1の二次イオン強度と、測
定対象元素に対する妨害イオンの同位体となる分子イオ
ンの第2の二次イオン強度とを測定した後、第2の二次
イオン強度と分子イオンの同位体存在比との相関関係を
求め、その後、該相関関係を用いて、妨害イオンの第3
の二次イオン強度を算出しているため、測定対象元素を
含まない標準試料を用いることなく、第3の二次イオン
強度、つまり測定対象元素に対する妨害イオンの二次イ
オン強度を算出することができる。従って、第1の二次
イオン強度から第3の二次イオン強度を差し引くことに
より、測定対象元素の第4の二次イオン強度、つまり測
定対象試料中における測定対象元素の濃度を精度良く容
易に求めることができる。
As described above, according to the first embodiment, using the sample to be measured, the first secondary ion intensity of ions having a mass number substantially equal to the element to be measured, and the After measuring a second secondary ion intensity of a molecular ion to be an isotope of an interfering ion, a correlation between the second secondary ion intensity and an isotope abundance ratio of the molecular ion is determined, and then the correlation is determined. And the third of the interfering ions
Since the secondary ion intensity is calculated, it is possible to calculate the third secondary ion intensity, that is, the secondary ion intensity of interfering ions with respect to the element to be measured, without using a standard sample not containing the element to be measured. it can. Therefore, by subtracting the third secondary ion intensity from the first secondary ion intensity, the fourth secondary ion intensity of the element to be measured, that is, the concentration of the element to be measured in the sample to be measured can be accurately and easily obtained. You can ask.

【0061】また、第1の実施形態によると、第2の二
次イオン強度と分子イオンの同位体存在比との相関関係
が一次関数式により表されているので、第3の二次イオ
ン強度、つまり測定対象元素に対する妨害イオンの二次
イオン強度を簡単に算出することができる。
According to the first embodiment, the correlation between the second secondary ion intensity and the isotope abundance ratio of molecular ions is represented by a linear function, so that the third secondary ion intensity That is, the secondary ion intensity of the interfering ions with respect to the element to be measured can be easily calculated.

【0062】また、第1の実施形態によると、オフセッ
ト電位法等の高質量分解能化の方法を用いることなく、
妨害イオンの強度成分が除去された測定対象元素の二次
イオン強度を求めることができるため、四重極型SIM
S装置を利用して深さ方向の分解能を高くすることがで
きるので、LSI等に使用される半導体の表面又は界面
における不純物分布を正確に評価することができる。
Further, according to the first embodiment, without using a method for increasing the mass resolution such as the offset potential method,
Since the secondary ion intensity of the element to be measured from which the intensity component of the interfering ions has been removed can be obtained, the quadrupole SIM
Since the resolution in the depth direction can be increased using the S apparatus, the impurity distribution on the surface or interface of a semiconductor used for an LSI or the like can be accurately evaluated.

【0063】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態に係る二次イオン質量分析法について、図8に
示すTiSi2 /Si構造を有する試料中におけるAs
濃度の分析を行なう場合を例として、図面を参照しなが
ら説明する。尚、以下の説明においては、一次イオンビ
ームとしてCs+ ビームを用いると共に二次イオンとし
てマイナスイオンを検出するものとする。
(Second Embodiment) Hereinafter, a secondary ion mass spectrometry according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to a sample having a TiSi 2 / Si structure shown in FIG.
The case where the analysis of the concentration is performed will be described with reference to the drawings. In the following description, it is assumed that a Cs + beam is used as a primary ion beam and a negative ion is detected as a secondary ion.

【0064】第2の実施形態の特徴は、測定対象試料を
用いて、測定対象元素に対する妨害イオンの同位体とな
る分子イオンの二次イオン強度を測定した後、測定され
た分子イオンの二次イオン強度と、分子イオンの同位体
存在比との相関関係を表す二次関数式を求め、その後、
該二次関数式を用いて妨害イオンの二次イオン強度を算
出することである。
The feature of the second embodiment is that after measuring the secondary ion intensity of the molecular ion which is an isotope of the interfering ion with respect to the element to be measured using the sample to be measured, the secondary ion intensity of the measured molecular ion is measured. A quadratic function expression representing the correlation between the ion intensity and the isotope abundance ratio of the molecular ion is obtained, and then,
The purpose is to calculate the secondary ion intensity of the interfering ions using the quadratic function equation.

【0065】図5は、図8に示す試料を用いて測定され
た、質量数mが75以外の6種類のTiSi分子イオン
(Asに対する妨害イオン(質量数mが75のTiSi
分子イオン)の同位体となるTiSi分子イオン)の二
次イオン強度の、TiSi分子イオンの同位体存在比に
対する依存性を示している。図5において、実線は、質
量数mが75以外のTiSi分子イオンの二次イオン強
度と、TiSi分子イオンの同位体存在比との相関関係
を表す二次関数式を示している。
FIG. 5 shows six types of TiSi molecular ions other than 75 having a mass number m (interfering ions against As (TiSi molecules having a mass number m of 75) measured using the sample shown in FIG.
The graph shows the dependence of the secondary ion intensity of TiSi molecular ion (which is an isotope of molecular ion) on the isotope abundance ratio of TiSi molecular ion. In FIG. 5, the solid line indicates a quadratic function equation representing a correlation between the secondary ion intensity of TiSi molecular ions having a mass number m other than 75 and the isotope abundance ratio of TiSi molecular ions.

【0066】具体的には、TiSi分子イオンの同位体
存在比をxとすると、図5に示す二次関数式f(x)、
つまりTiSi分子イオンの二次イオン強度は、 f(x) = −50529x2 + 187201x + 94.806 …… (式10) となる。
Specifically, assuming that the isotope abundance ratio of the TiSi molecular ion is x, the quadratic function f (x) shown in FIG.
That is, the secondary ion intensity of the TiSi molecular ion is f (x) = − 50529x 2 + 187201x + 94.806 (Equation 10).

【0067】従って、Asに対する妨害イオンとなる質
量数mが75のTiSi分子イオンの二次イオン強度I
i を、 Ii = f(R75) …… (式11) により算出することができる。但し、(式11)におい
て、R75は質量数mが75のTiSi分子イオンの同位
体存在比である。
Accordingly, the secondary ion intensity I of the TiSi molecular ion having a mass number m of 75 as an interfering ion for As is obtained.
i can be calculated by I i = f (R 75 ) (Equation 11). However, in (Equation 11), R 75 is the isotope abundance ratio of a TiSi molecular ion having a mass number m of 75.

【0068】以下、第2の実施形態に係る二次イオン質
量分析法を用いて、TiSi2 /Si構造を有する試料
中におけるAs濃度の分析を行なう方法について、図6
のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。
Hereinafter, a method of analyzing the As concentration in a sample having a TiSi 2 / Si structure using the secondary ion mass spectrometry according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
This will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.

【0069】まず、ステップS21において、図3に示
す第1の実施形態のステップS11と同様に、図8に示
すTiSi2 /Si構造を有し、Asを含む測定対象試
料を用いて、Siの第1の補助二次イオン強度ISiと、
Asと略等しい質量数(m=75)を有するイオンの第
1の二次イオン強度I75と、質量数mが75以外のTi
Si分子イオン(Asに対する妨害イオンとなる質量数
mが75のTiSi分子イオンの同位体)の第2の二次
イオン強度IX とを測定する。
First, in step S21, as in step S11 of the first embodiment shown in FIG. 3, a Si sample having a TiSi 2 / Si structure shown in FIG. A first auxiliary secondary ionic strength I Si ,
A first secondary ion intensity I 75 of an ion having a mass number substantially equal to As (m = 75), and a Ti having a mass number m other than 75
The second secondary ion intensity IX of Si molecular ions (isotopes of TiSi molecular ions having a mass number m of 75 serving as interfering ions for As) is measured.

【0070】次に、ステップS22において、第2の二
次イオン強度IX と、TiSi分子イオンの同位体存在
比RX との相関関係を表す二次関数式f(x)((式1
0)参照)を求める。
Next, in step S22, a quadratic function f (x) ((Equation 1) representing the correlation between the second secondary ion intensity I X and the isotope abundance ratio R X of TiSi molecular ions.
0)).

【0071】次に、ステップS23において、Asに対
する妨害イオンとなる質量数mが75のTiSi分子イ
オンの第3の二次イオン強度Ii を、 Ii = f(R75) …… (式12) により算出する。但し、(式12)において、R75は質
量数mが75のTiSi分子イオンの同位体存在比であ
る。
Next, in step S23, the third secondary ion intensity I i of a TiSi molecular ion having a mass number m of 75 as an interfering ion with respect to As is calculated as follows: I i = f (R 75 ) (Equation 12) ) Calculated by. However, in (Formula 12), R 75 is the isotope abundance ratio of TiSi molecular ions having a mass number m of 75.

【0072】次に、ステップS24において、図3に示
す第1の実施形態のステップS14と同様に、測定対象
試料におけるAsの第4の二次イオン強度IAsを、 IAs = I75 − Ii …… (式13) により、つまり、第1の二次イオン強度I75から第3の
二次イオン強度Ii を差し引くことにより算出する。
Next, in step S24, as in step S14 of the first embodiment shown in FIG. 3, the fourth secondary ion intensity I As of As in the sample to be measured is calculated as I As = I 75 −I i (13), that is, by subtracting the third secondary ion intensity I i from the first secondary ion intensity I 75 .

【0073】次に、公知の方法により相対感度係数RS
Fを用いてAs濃度を求める。
Next, the relative sensitivity coefficient RS is calculated by a known method.
The As concentration is determined using F.

【0074】具体的には、ステップS25において、図
3に示す第1の実施形態のステップS15と同様に、図
8に示すTiSi2 /Si構造を有し、Asが注入され
た標準試料(As濃度CAs 0 既知)を用いて、Siの第
2の補助二次イオン強度KSiとAsの第3の補助二次イ
オン強度KAsとを測定する。
More specifically, in step S25, as in step S15 of the first embodiment shown in FIG. 3, a standard sample (As) having the TiSi 2 / Si structure shown in FIG. using the density C as 0 known), to measure a third auxiliary secondary ion intensity K as the second auxiliary secondary ion intensity K Si and as of Si.

【0075】次に、ステップS26において、図3に示
す第1の実施形態のステップS16と同様に、AsのS
iに対する相対感度係数RSFを、 RSF = (KSi / KAs) × CAs 0 …… (式14) により算出する。
Next, in step S26, as in step S16 of the first embodiment shown in FIG.
The relative sensitivity coefficient RSF for i is calculated by RSF = (K Si / K As ) × C As 0 (Equation 14).

【0076】次に、ステップS27において、図3に示
す第1の実施形態のステップS17と同様に、測定対象
試料中のAs濃度CAsを、 CAs = (IAs / ISi ) × RSF …… (式15) により算出する。
Next, in step S27, as in step S17 of the first embodiment shown in FIG. 3, the As concentration C As in the sample to be measured is calculated as follows: C As = (I As / I Si ) × RSF. ... (Equation 15)

【0077】図7は、第2の実施形態に係る二次イオン
質量分析法、具体的には、図6のフローチャートに示す
方法を用いて、図8に示すTiSi2 /Si構造を有す
る試料中におけるAs濃度の分析を行なった結果を示し
ている。
FIG. 7 shows the results of a secondary ion mass spectrometry according to the second embodiment, more specifically, a sample having a TiSi 2 / Si structure shown in FIG. Shows the results of the analysis of the As concentration in FIG.

【0078】図7において、実線(黒丸付き)は第2の
実施形態に係る二次イオン質量分析法により得られたA
s濃度の深さプロファイルを表し、一点鎖線は第3の比
較例として、オフセット電位法により得られたAs濃度
の深さプロファイルを表し、破線(白四角付き)は第4
の比較例として、第1の実施形態に係る二次イオン質量
分析法(図3に示すステップS12において質量数mが
76のTiSi分子イオンを選択した場合)により得ら
れたAs濃度の深さプロファイルを表している。
In FIG. 7, a solid line (with a black circle) indicates A obtained by the secondary ion mass spectrometry according to the second embodiment.
The dashed line indicates the depth profile of the As concentration obtained by the offset potential method as a third comparative example, and the dashed line (with a white square) indicates the fourth profile.
As a comparative example, the depth profile of the As concentration obtained by the secondary ion mass spectrometry according to the first embodiment (in the case where a TiSi molecular ion having a mass number m of 76 is selected in step S12 shown in FIG. 3). Is represented.

【0079】図7に示すように、第2の実施形態に係る
二次イオン質量分析法により得られたAs濃度の深さプ
ロファイルは、第3の比較例つまりオフセット電位法に
より得られたAs濃度の深さプロファイルと良く一致し
ている。
As shown in FIG. 7, the depth profile of the As concentration obtained by the secondary ion mass spectrometry according to the second embodiment is the third comparative example, that is, the As concentration obtained by the offset potential method. Well matched with the depth profile.

【0080】一方、図7に示すように、第4の比較例に
おいては、質量数mが76のTiSi分子イオンの二次
イオン強度(図4参照)に基づき算出された妨害イオン
の強度成分が過小に評価される結果、TiSi2 膜4
(深さ0nm〜約40nm)中におけるAs濃度が過大
に評価されている。
On the other hand, as shown in FIG. 7, in the fourth comparative example, the intensity component of the interfering ion calculated based on the secondary ion intensity (see FIG. 4) of the TiSi molecular ion having a mass number m of 76 is As a result of being underestimated, the TiSi 2 film 4
The As concentration in (at a depth of 0 nm to about 40 nm) is overestimated.

【0081】以上に説明したように、第2の実施形態に
よると、測定対象試料を用いて、測定対象元素と略等し
い質量数を有するイオンの第1の二次イオン強度と、測
定対象元素に対する妨害イオンの同位体となる分子イオ
ンの第2の二次イオン強度とを測定した後、第2の二次
イオン強度と分子イオンの同位体存在比との相関関係を
求め、その後、該相関関係を用いて、妨害イオンの第3
の二次イオン強度を算出しているため、測定対象元素を
含まない標準試料を用いることなく、第3の二次イオン
強度、つまり測定対象元素に対する妨害イオンの二次イ
オン強度を算出することができる。従って、第1の二次
イオン強度から第3の二次イオン強度を差し引くことに
より、測定対象元素の第4の二次イオン強度、つまり測
定対象試料中における測定対象元素の濃度を精度良く容
易に求めることができる。
As described above, according to the second embodiment, using the sample to be measured, the first secondary ion intensity of ions having a mass number substantially equal to the element to be measured, and the After measuring a second secondary ion intensity of a molecular ion to be an isotope of an interfering ion, a correlation between the second secondary ion intensity and an isotope abundance ratio of the molecular ion is determined, and then the correlation is determined. And the third of the interfering ions
Since the secondary ion intensity is calculated, it is possible to calculate the third secondary ion intensity, that is, the secondary ion intensity of interfering ions with respect to the element to be measured, without using a standard sample not containing the element to be measured. it can. Therefore, by subtracting the third secondary ion intensity from the first secondary ion intensity, the fourth secondary ion intensity of the element to be measured, that is, the concentration of the element to be measured in the sample to be measured can be accurately and easily obtained. You can ask.

【0082】また、第2の実施形態によると、第2の二
次イオン強度と分子イオンの同位体存在比との相関関係
が二次関数式により表されているので、該相関関係が単
純な比例関係からはずれている場合にも、第3の二次イ
オン強度、つまり測定対象元素に対する妨害イオンの二
次イオン強度を正確に算出することができる。
According to the second embodiment, the correlation between the second secondary ion intensity and the isotope abundance ratio of molecular ions is expressed by a quadratic function, so that the correlation is simple. Even when the proportional relationship is deviated, the third secondary ion intensity, that is, the secondary ion intensity of interfering ions with respect to the element to be measured can be accurately calculated.

【0083】また、第2の実施形態によると、オフセッ
ト電位法等の高質量分解能化の方法を用いることなく、
妨害イオンの強度成分が除去された測定対象元素の二次
イオン強度を求めることができるため、四重極型SIM
S装置を利用して深さ方向の分解能を高くすることがで
きるので、LSI等に使用される半導体の表面又は界面
における不純物分布を正確に評価することができる。
Further, according to the second embodiment, without using a method for increasing the mass resolution such as the offset potential method,
Since the secondary ion intensity of the element to be measured from which the intensity component of the interfering ions has been removed can be obtained, the quadrupole SIM
Since the resolution in the depth direction can be increased using the S apparatus, the impurity distribution on the surface or interface of a semiconductor used for an LSI or the like can be accurately evaluated.

【0084】尚、第1及び第2の実施形態において、第
2の二次イオン強度と分子イオンの同位体存在比との相
関関係を一次関数式又は二次関数式により表したが、こ
れに代えて、他の関数式により表しても同等の効果が得
られる。具体的には、図8に示すTiSi2 /Si構造
を有する試料中におけるAs濃度の分析を行なう場合、
第2の二次イオン強度と分子イオンの同位体存在比との
相関関係がf’(x)(一次関数式又は二次関数式以外
の関数式)により表されるとすると、第3の二次イオン
強度Ii を、 Ii = f’(R75) ……(式16) により算出することができる。但し、(式16)におい
て、R75は質量数mが75のTiSi分子イオンの同位
体存在比である。
In the first and second embodiments, the correlation between the second secondary ion intensity and the isotope abundance ratio of molecular ions is expressed by a linear function or a quadratic function. Alternatively, the same effect can be obtained by using another function expression. Specifically, when analyzing the As concentration in the sample having the TiSi 2 / Si structure shown in FIG.
Assuming that the correlation between the second secondary ion intensity and the isotope abundance ratio of molecular ions is represented by f ′ (x) (a function expression other than a linear function expression or a quadratic function expression), the third The next ion intensity I i can be calculated by the following formula: I i = f ′ (R 75 ) (Equation 16) However, in (Equation 16), R 75 is the isotope abundance ratio of TiSi molecular ions having a mass number m of 75.

【0085】[0085]

【発明の効果】本発明によると、測定対象元素を含まな
い標準試料を用いることなく、測定対象元素に対する妨
害イオンの二次イオン強度を算出することができるの
で、妨害イオンの強度成分が除去された測定対象元素の
二次イオン強度、つまり試料中における測定対象元素の
濃度を精度良く効率的に求めることができる。
According to the present invention, the secondary ion intensity of interfering ions with respect to the element to be measured can be calculated without using a standard sample containing no element to be measured, so that the intensity component of the interfering ions can be removed. The secondary ion intensity of the measurement target element, that is, the concentration of the measurement target element in the sample can be accurately and efficiently obtained.

【0086】また、本発明によると、四重極型SIMS
装置を利用して深さ方向の分解能を高くすることができ
るので、LSI等に使用される半導体の表面又は界面に
おける不純物分布を正確に評価することができる。
Also, according to the present invention, a quadrupole SIMS
Since the resolution in the depth direction can be increased using the apparatus, the impurity distribution on the surface or interface of a semiconductor used for an LSI or the like can be accurately evaluated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1及び第2の実施形態に係る二次イ
オン質量分析法において用いられる、TiSi分子イオ
ンの同位体構成及び同位体存在比を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an isotope composition and an isotope abundance ratio of TiSi molecular ions used in secondary ion mass spectrometry according to first and second embodiments of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態に係る二次イオン質量
分析法により得られた、質量数mが75以外の6種類の
TiSi分子イオンの二次イオン強度と、TiSi分子
イオンの同位体存在比との相関関係を示す図である。
FIG. 2 shows secondary ion intensities of six types of TiSi molecular ions having a mass number m other than 75 and isotopes of TiSi molecular ions obtained by the secondary ion mass spectrometry according to the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the correlation with a body presence ratio.

【図3】本発明の第1の実施形態に係る二次イオン質量
分析法を用いて、TiSi2 /Si構造を有する試料中
におけるAs濃度の分析を行なう方法のフロー図であ
る。
FIG. 3 is a flowchart of a method for analyzing an As concentration in a sample having a TiSi 2 / Si structure by using the secondary ion mass spectrometry according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施形態に係る二次イオン質量
分析法を用いて、TiSi2 /Si構造を有する試料中
におけるAs濃度の分析を行なった結果を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing the results of analysis of the As concentration in a sample having a TiSi 2 / Si structure using the secondary ion mass spectrometry according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施形態に係る二次イオン質量
分析法により得られた、質量数mが75以外の6種類の
TiSi分子イオンの二次イオン強度と、TiSi分子
イオンの同位体存在比との相関関係を示す図である。
FIG. 5 shows the secondary ion intensities of six kinds of TiSi molecular ions having a mass number m other than 75 and isotopes of TiSi molecular ions obtained by the secondary ion mass spectrometry according to the second embodiment of the present invention. It is a figure which shows the correlation with a body presence ratio.

【図6】本発明の第2の実施形態に係る二次イオン質量
分析法を用いて、TiSi2 /Si構造を有する試料中
におけるAs濃度の分析を行なう方法のフロー図であ
る。
FIG. 6 is a flowchart of a method for analyzing an As concentration in a sample having a TiSi 2 / Si structure by using the secondary ion mass spectrometry according to the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施形態に係る二次イオン質量
分析法を用いて、TiSi2 /Si構造を有する試料中
におけるAs濃度の分析を行なった結果を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a result of analysis of an As concentration in a sample having a TiSi 2 / Si structure using a secondary ion mass spectrometry according to the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1及び第2の実施形態に係る二次イ
オン質量分析法において用いられる、TiSi2 /Si
構造を有する試料の断面図である。
FIG. 8 shows TiSi 2 / Si used in the secondary ion mass spectrometry according to the first and second embodiments of the present invention.
It is sectional drawing of the sample which has a structure.

【図9】従来の二次イオン質量分析法を用いて、TiS
2 /Si構造を有する試料に対して、Asと略等しい
質量数(m=75)を有するイオンの二次イオン強度の
深さプロファイルの測定を行なった結果を示す図であ
る。
FIG. 9: Using conventional secondary ion mass spectrometry, TiS
the sample with i 2 / Si structure diagrams showing the results of measurement of the depth profile of the secondary ion intensity of ions having an As substantially equal mass number (m = 75).

【図10】従来の二次イオン質量分析法を用いて、Ti
Si2 /Si構造を有する試料中におけるAs濃度の分
析を行なう方法のフロー図である。
FIG. 10: Using conventional secondary ion mass spectrometry, Ti
FIG. 3 is a flowchart of a method for analyzing the As concentration in a sample having a Si 2 / Si structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3 ポリシリコン膜 4 TiSi2 Reference Signs List 1 silicon substrate 2 silicon oxide film 3 polysilicon film 4 TiSi 2 film

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定対象元素を含む試料を用いて、前記
測定対象元素と略等しい質量数を有するイオンの第1の
二次イオン強度と、前記測定対象元素以外の他の元素か
らなり、前記測定対象元素と略等しい質量数を有する妨
害イオンの同位体となる分子イオンの第2の二次イオン
強度とを測定する第1の工程と、 前記第2の二次イオン強度と、前記妨害イオンを含む全
ての前記同位体中における前記分子イオンの存在比との
相関関係を求める第2の工程と、 前記相関関係を用いて、前記妨害イオンの第3の二次イ
オン強度を算出する第3の工程と、 前記第1の二次イオン強度から前記第3の二次イオン強
度を差し引くことにより、前記測定対象元素の第4の二
次イオン強度を算出する第4の工程と、 前記第4の二次イオン強度を用いて、前記試料中におけ
る前記測定対象元素の濃度を求める第5の工程とを備え
ていることを特徴とする二次イオン質量分析法。
A first secondary ion intensity of an ion having a mass number substantially equal to that of the element to be measured, and a sample other than the element to be measured; A first step of measuring a second secondary ion intensity of a molecular ion serving as an isotope of an interfering ion having a mass number substantially equal to the element to be measured; the second secondary ion intensity; and the interfering ion A second step of obtaining a correlation with the abundance ratio of the molecular ions in all the isotopes, and a third step of calculating a third secondary ion intensity of the interfering ion using the correlation. A fourth step of calculating a fourth secondary ion intensity of the element to be measured by subtracting the third secondary ion intensity from the first secondary ion intensity; and Using the secondary ionic strength of Secondary ion mass spectrometry, characterized in that it comprises a fifth step of determining the concentration of the measurement target element in the sample.
【請求項2】 前記相関関係は一次関数式により表され
ることを特徴とする請求項1に記載の二次イオン質量分
析法。
2. The secondary ion mass spectrometry according to claim 1, wherein the correlation is represented by a linear function.
【請求項3】 前記相関関係は二次関数式により表され
ることを特徴とする請求項1に記載の二次イオン質量分
析法。
3. The secondary ion mass spectrometry according to claim 1, wherein the correlation is represented by a quadratic function.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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