ナノビームSIMS装置を用いた高精度深さ方向分析法の開発に関する研究

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近年、ICなどを代表とする半導体デバイスの構造は微小化・複雑化が進み、この傾向は今後も進展すると考えられる。これらデバイスの発展において、元素分布の情報取得技術の確立・発展は重要課題のひとつである。研究代表者らが開発したshave-off深さ方向分析法は、FIBの微細加工技術を活用し二次イオン質量分析(SIMS)を行う大変ユニークな深さ方向分析法である。本手法は、一次イオンビームの水平(面)方向に対し、直行(深さ)方向の走査速度を非常に遅い速度にしてスキャンし、試料の一端から他端までをビームの端で完全にスパッタするshave-off走査を利用して深さ方向分析する方法である。このため、試料の形状およびマトリックスによる効果などをほぼ無視できることにより、高精度な深さ方向分析が実現される。一般に、局所領域におけるマッピングでは、微弱な信号は低いS/N比のため局在を確認することは困難であるが、shave-off深さ方向分析は前述の通り、ビームの端で試料を完全にスパッタするため、高いS/N比による深さ方向プロファイルを取得可能である。研究代表者らはまず、多層薄膜試料(Al 1μm/SiO_2 0.8μm/Si基板)を用いてshave-off深さ方向分析を行い、ナノメートルオーダの深さ方向分解能を持った高精度な深さ方向プロファイルを取得した。更に、実デバイス故障解析へ応用するため半導体メモリーのSRAM等に用いられているコンタクトホール部分のshave-off深さ方向分析を行った。