JPH06347427A - 二次イオン質量分析法 - Google Patents
二次イオン質量分析法Info
- Publication number
- JPH06347427A JPH06347427A JP5158171A JP15817193A JPH06347427A JP H06347427 A JPH06347427 A JP H06347427A JP 5158171 A JP5158171 A JP 5158171A JP 15817193 A JP15817193 A JP 15817193A JP H06347427 A JPH06347427 A JP H06347427A
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- Japan
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- ion
- oxygen
- secondary ion
- concentration
- sample
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Abstract
(57)【要約】
【目的】標準試料を用いずに半導体中や金属中の酸素の
濃度を定量的に分析することができる二次イオン質量分
析法を提供する。 【構成】この目的は、一次イオンとして酸素の同位体18
Ｏイオンを用い、試料表面から放出される二次イオンと
して16Ｏイオンと18Ｏイオンを検出し、16Ｏイオンと18
Ｏイオンとの強度比を用いて試料中の酸素の濃度を定量
的に分析することにより達成される。
濃度を定量的に分析することができる二次イオン質量分
析法を提供する。 【構成】この目的は、一次イオンとして酸素の同位体18
Ｏイオンを用い、試料表面から放出される二次イオンと
して16Ｏイオンと18Ｏイオンを検出し、16Ｏイオンと18
Ｏイオンとの強度比を用いて試料中の酸素の濃度を定量
的に分析することにより達成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体中や金属中の酸素
の濃度を定量的に分析するための二次イオン質量分析法
に関する。
の濃度を定量的に分析するための二次イオン質量分析法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】二次イオン質量分析法は高感度な分析法
であり、半導体中や金属中の微小領域あるいは深さ方向
における不純物の分布分析に広く用いられている。しか
し、二次イオン質量分析法の感度に影響を及ぼす二次イ
オン収率は、元素によって変化するばかりでなく、対象
元素が含まれる母材によっても変化する（母材効果）。
であり、半導体中や金属中の微小領域あるいは深さ方向
における不純物の分布分析に広く用いられている。しか
し、二次イオン質量分析法の感度に影響を及ぼす二次イ
オン収率は、元素によって変化するばかりでなく、対象
元素が含まれる母材によっても変化する（母材効果）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このため、定量分析を
行う場合には、測定対象の試料と同じ組成の母材に既知
量の測定対象元素が含まれた標準試料を用いて感度補正
係数を求め、感度を校正する必要があった。しかも、感
度補正係数は測定条件や二次イオン質量分析装置の調整
状態にも依存するため、測定毎に標準試料を測定する必
要があった。また、対象元素の濃度が数％を越えると、
その元素自身が加わったことによる組成変化に基づく母
材効果が現れる。このような場合であって、かつ、対象
元素の濃度が深さ方向に変化するような場合には、標準
試料そのものを用意することができず、定量分析を行う
ことができなかった。
行う場合には、測定対象の試料と同じ組成の母材に既知
量の測定対象元素が含まれた標準試料を用いて感度補正
係数を求め、感度を校正する必要があった。しかも、感
度補正係数は測定条件や二次イオン質量分析装置の調整
状態にも依存するため、測定毎に標準試料を測定する必
要があった。また、対象元素の濃度が数％を越えると、
その元素自身が加わったことによる組成変化に基づく母
材効果が現れる。このような場合であって、かつ、対象
元素の濃度が深さ方向に変化するような場合には、標準
試料そのものを用意することができず、定量分析を行う
ことができなかった。
【０００４】本発明は、従来の二次イオン質量分析法に
おける上記の問題を解決し、標準試料を用いずに半導体
中や金属中の酸素の濃度を定量的に分析することができ
る二次イオン質量分析法を提供しようとするものであ
る。
おける上記の問題を解決し、標準試料を用いずに半導体
中や金属中の酸素の濃度を定量的に分析することができ
る二次イオン質量分析法を提供しようとするものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、一次イオン
として酸素の同位体18Ｏイオンを用い、試料表面から放
出される二次イオンとして16Ｏイオンと18Ｏイオンを検
出し、16Ｏイオンと18Ｏイオンとの強度比を用いて試料
中の酸素の濃度を定量的に分析することにより達成され
る。
として酸素の同位体18Ｏイオンを用い、試料表面から放
出される二次イオンとして16Ｏイオンと18Ｏイオンを検
出し、16Ｏイオンと18Ｏイオンとの強度比を用いて試料
中の酸素の濃度を定量的に分析することにより達成され
る。
【０００６】
【作用】本発明では、酸素の同位体であって天然同位体
存在比の小さい方の同位体を一次イオンとして用いる。
分析対象元素と化学的性質が同じ同位体を用いると、そ
の元素が高濃度に存在することによる二次イオン収率の
変化が、対象元素のイオンとその同位体イオンに全く同
様に現れるため、両者の比をとることにより二次イオン
収率の変化を相殺することができる。さらに、化学量論
組成の酸化物が形成された時点で上記のイオン強度比が
化学的性質で決まる一定値をとるので、この点を基準と
して酸素濃度の絶対値を他の標準試料に頼らずに決定す
ることができる。また、酸素と同様に窒素についても、
本発明と同様の原理に基づいて窒素の同位体を用いるこ
とにより、窒素濃度の絶対値を決定することができる。
存在比の小さい方の同位体を一次イオンとして用いる。
分析対象元素と化学的性質が同じ同位体を用いると、そ
の元素が高濃度に存在することによる二次イオン収率の
変化が、対象元素のイオンとその同位体イオンに全く同
様に現れるため、両者の比をとることにより二次イオン
収率の変化を相殺することができる。さらに、化学量論
組成の酸化物が形成された時点で上記のイオン強度比が
化学的性質で決まる一定値をとるので、この点を基準と
して酸素濃度の絶対値を他の標準試料に頼らずに決定す
ることができる。また、酸素と同様に窒素についても、
本発明と同様の原理に基づいて窒素の同位体を用いるこ
とにより、窒素濃度の絶対値を決定することができる。
【０００７】
【実施例】図１はシリコン中の酸素について、一次イオ
ンに18Ｏイオンを用い、シリコン中の酸素の濃度を様々
に変化させた場合の16Ｏ+ 強度と18Ｏ+ 強度の変化を示
したものである。16Ｏ+ 強度に着目すると、シリコン中
の酸素の濃度が約５×１０21atom／cm3までは酸素濃度
に比例して強度が増加しているが、この濃度を越えると
16Ｏ+ 強度は酸素濃度の二乗に比例して増加する。これ
は、酸素の存在により、酸素自身の二次イオン収率が増
加したためである。一方、18Ｏ+ 強度はシリコン中の酸
素の濃度が約５×１０21atom／cm3 までは一定強度であ
るが、この濃度を越えると酸素濃度に比例して強度が増
加する。これは、一次イオンとして試料表面に供給され
る18Ｏ+ 濃度はほぼ一定であるのに対し、シリコン中の
酸素の濃度が約５×１０21atom／cm3 を越えると、16Ｏ
+ の場合と同じように、シリコン中に予め含まれていた
酸素の影響で二次イオン収率が増加するためである。
ンに18Ｏイオンを用い、シリコン中の酸素の濃度を様々
に変化させた場合の16Ｏ+ 強度と18Ｏ+ 強度の変化を示
したものである。16Ｏ+ 強度に着目すると、シリコン中
の酸素の濃度が約５×１０21atom／cm3までは酸素濃度
に比例して強度が増加しているが、この濃度を越えると
16Ｏ+ 強度は酸素濃度の二乗に比例して増加する。これ
は、酸素の存在により、酸素自身の二次イオン収率が増
加したためである。一方、18Ｏ+ 強度はシリコン中の酸
素の濃度が約５×１０21atom／cm3 までは一定強度であ
るが、この濃度を越えると酸素濃度に比例して強度が増
加する。これは、一次イオンとして試料表面に供給され
る18Ｏ+ 濃度はほぼ一定であるのに対し、シリコン中の
酸素の濃度が約５×１０21atom／cm3 を越えると、16Ｏ
+ の場合と同じように、シリコン中に予め含まれていた
酸素の影響で二次イオン収率が増加するためである。
【０００８】酸素濃度が増加したことによる試料表面の
スパッタリング収率の変化を無視すれば、18Ｏ+ 強度の
変化は酸素の二次イオン収率の変化そのものと見なせ
る。そこで、16Ｏ+ 強度と18Ｏ+ 強度との比をとると、
図２に示すように、それぞれのイオンの二次イオン収率
の増加効果が相殺され、強度比は酸素濃度に比例する。
ここで重要なことは、シリコンの化学量論組成の酸化物
であるＳｉＯ2 中での酸素濃度４．４５×１０22atom／
cm3 において、16Ｏ+ 強度と18Ｏ+ 強度との比が１とな
ることである。これはＳｉＯ2 中では一次イオンによっ
て供給された18ＯとＳｉＯ2 中に最初から存在した16Ｏ
とが混ざり合って１：１に置き換わり、かつ、シリコン
中の酸素の濃度はＳｉＯ2 中での濃度を越えられないた
め、過剰な酸素原子は試料内部あるいは外部へ拡散して
しまうためである。従って、16Ｏ+強度と18Ｏ+ 強度と
の比はそれ自身で酸素濃度の絶対値な指標となる。即
ち、（16Ｏ+ ／18Ｏ+ 強度）＝１がシリコン中での最高
の酸素濃度４．４５×１０22atom／cm3 で、以下酸素濃
度に比例してイオン強度比が減少するので、次式を用い
て酸素濃度を簡単に換算することができる。
スパッタリング収率の変化を無視すれば、18Ｏ+ 強度の
変化は酸素の二次イオン収率の変化そのものと見なせ
る。そこで、16Ｏ+ 強度と18Ｏ+ 強度との比をとると、
図２に示すように、それぞれのイオンの二次イオン収率
の増加効果が相殺され、強度比は酸素濃度に比例する。
ここで重要なことは、シリコンの化学量論組成の酸化物
であるＳｉＯ2 中での酸素濃度４．４５×１０22atom／
cm3 において、16Ｏ+ 強度と18Ｏ+ 強度との比が１とな
ることである。これはＳｉＯ2 中では一次イオンによっ
て供給された18ＯとＳｉＯ2 中に最初から存在した16Ｏ
とが混ざり合って１：１に置き換わり、かつ、シリコン
中の酸素の濃度はＳｉＯ2 中での濃度を越えられないた
め、過剰な酸素原子は試料内部あるいは外部へ拡散して
しまうためである。従って、16Ｏ+強度と18Ｏ+ 強度と
の比はそれ自身で酸素濃度の絶対値な指標となる。即
ち、（16Ｏ+ ／18Ｏ+ 強度）＝１がシリコン中での最高
の酸素濃度４．４５×１０22atom／cm3 で、以下酸素濃
度に比例してイオン強度比が減少するので、次式を用い
て酸素濃度を簡単に換算することができる。
【化１】酸素濃度（atom／cm3 ）＝Ｃｏmax （16Ｏ+ 強
度／18Ｏ+ 強度） ここでＣｏmax はＳｉＯ2 での酸素濃度４．４５×１０
22atom／cm3 である。
度／18Ｏ+ 強度） ここでＣｏmax はＳｉＯ2 での酸素濃度４．４５×１０
22atom／cm3 である。
【０００９】シリコン以外の物質においても、同様な式
で酸素濃度を定量分析することができる。但し、Ｃｏ
max の値が化学量論組成の化合物での酸素の濃度に応じ
て変化する。例えば、アルミニウムではＡｌ2 Ｏ3 中で
の酸素濃度６．９×１０22atom／cm3 となる。
で酸素濃度を定量分析することができる。但し、Ｃｏ
max の値が化学量論組成の化合物での酸素の濃度に応じ
て変化する。例えば、アルミニウムではＡｌ2 Ｏ3 中で
の酸素濃度６．９×１０22atom／cm3 となる。
【００１０】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、一次イオンとして酸素の同位体18Ｏのイオンを用
い、試料表面から放出される二次イオンとして16Ｏイオ
ンと18Ｏイオンを検出し、16Ｏイオンと18Ｏイオンとの
強度比を用いて試料中の酸素の濃度を定量的に分析する
ことにより、酸素濃度の絶対値を他の標準試料に頼らず
に決定することができる。また、本発明と同様の分析法
によれば、窒素についても、酸素の場合と同様に窒素濃
度を分析することを期待することができる。
ば、一次イオンとして酸素の同位体18Ｏのイオンを用
い、試料表面から放出される二次イオンとして16Ｏイオ
ンと18Ｏイオンを検出し、16Ｏイオンと18Ｏイオンとの
強度比を用いて試料中の酸素の濃度を定量的に分析する
ことにより、酸素濃度の絶対値を他の標準試料に頼らず
に決定することができる。また、本発明と同様の分析法
によれば、窒素についても、酸素の場合と同様に窒素濃
度を分析することを期待することができる。
【図１】本発明に係わるシリコン中における酸素濃度に
対する16Ｏ+ 強度および18Ｏ+強度関係を示す図であ
る。
対する16Ｏ+ 強度および18Ｏ+強度関係を示す図であ
る。
【図２】本発明係わるシリコン中における酸素濃度に対
する16Ｏ+ と18Ｏ+ との強度比の関係を示す図である。
する16Ｏ+ と18Ｏ+ との強度比の関係を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 試料表面に一次イオンを照射することに
より試料表面から放出される二次イオンの質量とイオン
強度を質量分析計を用いて測定する二次イオン分析法に
おいて、 一次イオンとして酸素の同位体18Ｏのイオンを用い、 試料表面から放出される二次イオンとして16Ｏイオンと
18Ｏイオンを検出し、16 Ｏイオンと18Ｏイオンとの強度比を用いて試料中の酸
素の濃度を定量的に分析することを特徴とする二次イオ
ン質量分析法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5158171A JPH06347427A (ja) | 1993-06-04 | 1993-06-04 | 二次イオン質量分析法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5158171A JPH06347427A (ja) | 1993-06-04 | 1993-06-04 | 二次イオン質量分析法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06347427A true JPH06347427A (ja) | 1994-12-22 |
Family
ID=15665833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5158171A Pending JPH06347427A (ja) | 1993-06-04 | 1993-06-04 | 二次イオン質量分析法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06347427A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100795875B1 (ko) * | 2005-02-22 | 2008-01-21 | 한국원자력연구원 | 고분해능 원자포획-질량분석 방법 |
| JP2012068237A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-04-05 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 酸化物膜積層構造体の酸素拡散評価方法 |
-
1993
- 1993-06-04 JP JP5158171A patent/JPH06347427A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100795875B1 (ko) * | 2005-02-22 | 2008-01-21 | 한국원자력연구원 | 고분해능 원자포획-질량분석 방법 |
| JP2012068237A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-04-05 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 酸化物膜積層構造体の酸素拡散評価方法 |
| JP2017096959A (ja) * | 2010-08-27 | 2017-06-01 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 酸化物半導体膜の評価方法 |
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