金属元素の深さ方向分析方法及び二次イオン質量分析装置
【課題】 金属元素の深さ方向分析方法及び二次イオン質量分析装置に関し、分析に用いる一次イオンとしての酸素イオンビーム照射に誘起される金属元素の拡散現象を抑制する。
【解決手段】 一次イオンに酸素を用いて単結晶シリコンを母材とする試料中のＧａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｕ或いはＡｇの少なくとも一つの金属元素の深さ方向分析を二次イオン質量分析法によって行う際に、前記試料が前記一次イオンとしての酸素により酸化される領域より少なくとも深い領域を、予め試料の酸化に伴う前記金属元素の拡散を抑制する拡散抑制領域に改質しておく。
【解決手段】 一次イオンに酸素を用いて単結晶シリコンを母材とする試料中のＧａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｕ或いはＡｇの少なくとも一つの金属元素の深さ方向分析を二次イオン質量分析法によって行う際に、前記試料が前記一次イオンとしての酸素により酸化される領域より少なくとも深い領域を、予め試料の酸化に伴う前記金属元素の拡散を抑制する拡散抑制領域に改質しておく。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属元素の深さ方向分析方法及び二次イオン質量分析装置に関するものであり、例えば、酸素イオンを一次イオンに用いたＳＩＭＳ（二次イオン質量分析方法）における測定精度を高めるための構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次イオン質量分析法は一次イオンとなるイオンビームを分析対象となる固体試料の表面に照射し、スパッタリングによって試料表面から放出される二次イオンを質量分析する高感度な物理分析法である。スパッタリングに伴うエッチング作用を利用することによって、深さ方向分析が可能であるため、半導体中の微量不純物の分析に頻繁に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、近年におけるＳＩＭＳに対する要求は厳しく、最表面層より数ｎｍの極浅い領域での高精度な分析が要求されている。そのため、ＳＩＭＳでは、高感度を得るために、一般に酸素やセシウムなどの反応性を持つイオンが一次イオンとして用いられている。
【０００４】
このような反応性イオンの照射は試料表面を改質し、二次イオン発生量を増大させる反面、様々な問題を誘発する。特に、単結晶Ｓｉ中に存在するＧａ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の金属元素を深さ方向分析しようとするときに問題が起こる。
【０００５】
即ち、通常は一次イオンとして酸素を用いるが、照射された酸素はＳｉ表面をＳｉＯ２に変えて二次イオン化率を増加させる一方、分析目的の金属元素をＳｉＯ２から押し出して深さ方向、即ち、基板の内部に拡散してしまうという問題がある（例えば、非特許文献１乃至非特許文献５参照）。
【０００６】
つまり、分析に用いる酸素照射によって分析対象となる金属元素の拡散現象が誘発され、真の元素分布とは異なる深さ方向分布が測定結果として得られることになる。図１２は、（１００）面を主面とする単結晶Ｓｉ基板中にＩｎをイオン注入した試料に対して酸素を照射してＩｎの深さ方向分布を測定した例である。
【０００７】
ここでは、酸素の照射エネルギーを２５０ｅＶから７５０ｅＶまで変えているが、いずれの場合もＩｎ分布はＴＲＩＭを用いたシミュレーションによる分布よりも膨らみ、測定中に起こる拡散現象によって、真のプロファイルとは異なるものになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２１５９９０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｐ．Ｒ．Ｂｏｕｄｅｗｉｊｎ ａｎｄ Ｃ．Ｊ．Ｖｒｉｅｚｅｍａ，ｉｎ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ＳＩＭＳ ＶＩ，ｅｄ．Ｂｔ Ｂｅｎｎｉｎｇｈｏｖｅｎ，Ａ．Ｍ．Ｈｕｂｅｒ ａｎｄ Ｈ．Ｗ．Ｗｅｒｎｅｒ，Ｅｄｓ．（Ｗｉｌｅｙ，Ｃｈｉｃｈｅｓｔｅｒ １９８８），ｐ．４９９．
【非特許文献２】Ｗ．Ｖａｎｄｅｒｖｏｒｓｔ，Ｆ．Ｒ．Ｓｈｅｐｈｅｒｄ，Ｍ．Ｌ．Ｓｗａｎｓｏｎ，Ｈ．Ｈ．Ｐｌａｔｔｎｅｒ，Ｏ．Ｍ．Ｗｅｓｔｃｏｔｔ，ａｎｄ Ｉ．Ｖ．Ｍｉｔｃｈｅｌｌ，Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｂ１５，ｐ．２０１（１９８６）
【非特許文献３】Ｋ．Ｗｉｔｔｍａａｃｋ ａｎｄ Ｎ．Ｍｅｎｚｅｌ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５０，ｐ．８１５（１９８７）
【非特許文献４】Ｓ．Ｄ．Ｌｉｔｔｌｅｗｏｏｄ，Ｊ．Ａ．Ｋｉｌｎｅｒ，ａｎｄ Ｊ．Ｐ．Ｇｏｌｄ，ｉｎ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ＳＩＭＳ ＶＩ，ｅｄ．Ｂｔ Ｂｅｎｎｉｎｇｈｏｖｅｎ，Ａ．Ｍ．Ｈｕｂｅｒ ａｎｄ Ｈ．Ｗ．Ｗｅｒｎｅｒ，Ｅｄｓ．（Ｗｉｌｅｙ， Ｃｈｉｃｈｅｓｔｅｒ １９８８），ｐ．７３７
【非特許文献５】Ｙ．Ｈｏｍｍａ ａｎｄ Ｔ．Ｍａｒｕｏ，Ｓｕｒ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ａｎａｌ． Ｖｏｌ．１４，ｐ．７２５ （１９８９）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のＳＩＭＳによる単結晶Ｓｉ中に存在するＧａ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の金属元素の深さ方向の分析では、上述の拡散現象を抑制して正確な深さ方向分布を得ることは困難であり、測定後に補正することで対処しているのが現状である。
【００１１】
したがって、本発明は、分析に用いる一次イオンとしての酸素イオンビーム照射に誘起される金属元素の拡散現象を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点からは、一次イオンに酸素を用いて単結晶シリコンを母材とする試料中のＧａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｕ或いはＡｇの少なくとも一つの金属元素の深さ方向分析を二次イオン質量分析法によって行う金属元素の深さ方向分析方法であって、前記試料が前記一次イオンとしての酸素により酸化される領域より少なくとも深い領域を、予め試料の酸化に伴う前記金属元素の拡散を抑制する拡散抑制領域に改質しておく工程を有することを特徴とする金属元素の深さ方向分析方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の観点からは、少なくとも酸素イオンガンを一次イオン照射手段として備えた二次イオン質量分析装置であって、前記酸素イオンガンに、一次イオン照射に必要な加速エネルギーの少なくとも１０倍までの加速エネルギーを発生させることが可能な加速エネルギー制御手段を備えるとともに、前記加速エネルギー制御手段に一定の時間ごとに加速エネルギーを交互に切り替える加速エネルギー切替え手段を設けたことを特徴とする二次イオン質量分析装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
開示の金属元素の深さ方向分析方法及び二次イオン質量分析装置によれば、分析に用いる一次イオンとしての酸素イオンビーム照射に誘起される金属元素の拡散現象を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態のＳＩＭＳ工程の説明図である。
【図２】従来のＳＩＭＳ工程の説明図である。
【図３】ラザフォード後方散乱分光による初期ダメージとＩｎ分布プロファイルの説明図である。
【図４】図３の５倍のドーズ量でＩｎをＳｉ基板に注入した場合の初期ダメージとＩｎ分布プロファイルの説明図である。
【図５】本発明の実施に用いる二次イオン質量分析装置の概念的構成図である。
【図６】ＳＩＭＳ工程における照射エネルギーとスパッタリング収率との相関図である。
【図７】ＳｉＯ２膜厚と注入深さの加速エネルギー依存性の説明図である。
【図８】本発明の実施例１の分析工程の説明図である。
【図９】本発明の実施例１の分析結果の説明図である。
【図１０】本発明の実施例２のＳＩＭＳ工程における試料の前処理工程の説明図である。
【図１１】本発明の実施例２の分析結果の説明図である。
【図１２】従来のＳＩＭＳによる深さ方向分布分析結果の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態のＳＩＭＳ工程の説明図である。まず、図１（ａ）に示すように前処理として分析対象となるＧａ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇの内の少なくとも一種類の金属元素２を含んだ単結晶シリコンからなる試料１にイオン３を注入して拡散抑制領域４を形成する。
【００１７】
この場合の拡散抑制領域４の深さは、一次イオンとしての酸素により酸化される領域より少なくとも深い領域となるようにイオン３の加速エネルギーを設定する。この場合のイオン３としては、拡散抑制領域４をアモルファス化領域とするイオンを用いても良いし、或いは、酸素イオンを用いても良い。
【００１８】
拡散抑制領域４をアモルファス化領域とするイオン３としては、母材の化学的性質が変わると検出目的の金属元素２の二次イオン化率が変わってしまうため、試料１の母材元素と同じＳｉ或いはＳｉと化学的性質が近い同じＩＶ族のＧｅを用いる。或いは、不活性なＡｒ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅを用いても良い。この内、化学的性質の観点からはＳｉが望ましいが、少ドープ量でのアモルファス化の観点からは質量数の大きなＧｅが望ましい。
【００１９】
また、イオン３として酸素イオンを用いる場合には、拡散抑制領域４がアモルファス化しないドーズ量とする必要があり、１×１０15ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2とする。また、このような低ドーズ量とすることによって、酸素イオンによるスパッタリングは実効的に行われないので、拡散抑制領域４の形成により表面からの深さ方向における金属元素２の分布状況が変化することはない。
【００２０】
この場合の酸素ドープによる拡散抑制領域４の深さは、一次イオンにより形成されるＳｉＯ２膜の直下であることが最も効果的であるので、一次イオンの加速エネルギーに応じて１．４倍〜１０倍の加速エネルギーで酸素を注入する。
【００２１】
また、ＳＩＭＳ分析中に一次イオンの酸化反応により形成されるＳｉＯ２膜の膜厚は変わることがないので、拡散抑制領域４の深さまでＳｉＯ２膜が形成された時点で分析を中断して、再び酸素イオンをＳｉＯ２膜の直下にイオン注入したのち分析を再開する。
【００２２】
また、アモルファス化と酸素ドープとを組み合わせても良く、その場合には、予め分析予定深さまでアモルファス化したのち、その深さに応じて互いに加速エネルギーを変えた複数回のイオン注入により酸素をほぼ均一な濃度でドープすれば良い。なお、この時、一回の注入によるピーク濃度領域は、例えば、表面から５ｎｍ、１５ｎｍ、２５ｎｍ・・・と順に１０ｎｍ程度ずつ深くなるようにすれば良い。
【００２３】
次に、図１（ｂ）に示すように、予め拡散抑制領域４を形成した試料１に一次イオンとしての酸素イオン５を照射し、試料１の表面にＳｉＯ２膜６を形成しながら、酸素イオン５のスパッタエッチング作用でＳｉＯ２膜６をエッチングする。ＳｉＯ２膜６をエッチングに伴って金属元素２が二次イオン７として飛び出すので、これを質量分析器で検出する。
【００２４】
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の検出原理を説明する。図２は従来のＳＩＭＳ工程の説明図であり、図２（ａ）に示すように一次イオンとしての酸素イオン５を照射すると、図２（ｂ）に示すように、単結晶シリコンからなる試料１の表面がＳｉＯ２膜６に変質する。また、それと同時にＳｉＯ２膜６の直下（数ｎｍ〜数十ｎｍ）の領域に酸素照射によるダメージでアモルファス化領域８が形成される。
【００２５】
この時、試料１中の金属元素２は、ＳｉＯ２膜６からアモルファス化領域８へマイグレーションを起こすため、上記の図１２に示したように、金属元素２の分布が金属元素２のイオン注入直後の分布からずれてしまう。これは、酸素照射により形成されるＳｉＯ２膜６中に存在するよりも、その下層のアモルファス化領域８に存在する方が化学的に安定であるためと推測される。
【００２６】
図３は、ラザフォード後方散乱分光（ＲＢＳ）によってＩｎイオン注入時に発生する単結晶Ｓｉ基板への初期ダメージを測定した結果を示したものである。なお、Ｉｎの分布はＳＩＭＳによる測定結果である。図から明らかなように、表面から約１５ｎｍ以降の初期ダメージのない領域でＴＲＩＭによるシミュレーション結果から予測されるＩｎ分布より拡がっている。
【００２７】
つまり、初期ダメージのある領域では、もともとＳｉがアモルファス化しているため酸化が起こってもＩｎは拡散しない。しかし、初期ダメージのない領域では、酸素照射によってＳｉＯ２膜６が形成されるともにその下層にアモルファス化領域８も形成され、Ｉｎは下層のアモルファス化領域８の中に拡散する。
【００２８】
図４は、図３の５倍のドーズ量でＩｎをＳｉ基板に注入した場合の初期ダメージとＩｎ分布プロファイルである。初期ダメージの深さは図３で示したものより約５ｎｍ深くなっており、その領域を過ぎてからＩｎ分布は膨らむことが分る。
【００２９】
したがって、分析前のアモルファス化領域８を制御することによって金属元素２の拡散の抑制は可能と考えられ、分析が必要な領域全体を予めアモルファス化しておけば課題は解決できる。
【００３０】
また、金属元素２の拡散が酸素に起因するものである以上、金属元素２が拡散により逃げ込む先、即ち、アモルファス化領域８となる位置に酸素が存在すれば金属元素２の拡散を抑制することができる。
【００３１】
また、分析が必要な領域全体を予めアモルファス化する場合にも、アモルファス化領域を形成したのち、酸素を添加することはより一層効果的である。即ち、予めアモルファス化と酸素添加をしているので、酸素一次イオンの照射による試料の変質（酸化＋アモルファス化）の金属元素に対する影響は最小限に止めることができ、金属元素の拡散を抑制できる。
【実施例１】
【００３２】
以上を前提として、次に、図５乃至図９を参照して、本発明の実施例１のＳＩＭＳによる金属元素の深さ方向分布分析法を説明する。図５は、本発明の実施に用いる二次イオン質量分析装置の概念的構成図である。図５（ａ）に示すように、分析室１１、分析室に収容された試料１２を載置する試料ステージ１３、試料１２に一次イオン１４としての酸素を照射する酸素イオンガン１５、試料に一次イオンとしてのＣｓを照射するセシウムイオンガン１６、試料１２の表面をアモルファス化するアモルファス化用ガン１７、及び、二次イオン１８を検出する質量分析器１９を備えている。なお、Ｃｓイオンは二次イオン１８が負イオン化しやすい場合に一次イオンとするものであり、実施例１のＧａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇの分析には用いないが、汎用性を高めるために備えている。
【００３３】
また、図５（ｂ）に示すように、酸素イオンガン１５は、イオン源２１、一定電圧が印加される引出電極２２、加速電極２３、減速電極２４、収束レンズ２５、アパーチャ２６、及び、対物レンズ２７を備えている。この加速電極２３及び減速電極２４には、加速電圧と減速電圧とを交互に走査することによって一次イオンエネルギーと注入エネルギーとを切り替える制御機構が接続されている。
【００３４】
図６は、ＳＩＭＳ工程における照射エネルギーとスパッタリング収率との相関図である。ここで、Ｉを一次イオン電流量、ｎＭを試料の密度、Ａを一次イオンの照射面積、ＹＭをスパッタリング収率とすると、エッチング速度ＶＭは、
ＶＭ＝ＹＭ・Ｉ／（ｎＭ・Ａ）
で与えられる。したがって、単位時間のエッチング深さは、上記式に図６から得られる各一次イオン照射エネルギーに対応するスパッタリング収率ＹＭを代入することによって得られる。
【００３５】
なお、分析中にＳｉＯ２膜は形成と同時にスパッタエッチングが生じるので、ＳｉＯ２膜の膜厚は分析中で変わることはなく一定である。したがって、必要とする分析精度に応じて、エッチング時間ｔを上式から求め、時間ｔの間隔で酸素イオン注入と一次イオン照射とを交互に行えば良い。例えば、１ｎｍの分析精度を得たい場合には、１ｎｍの厚さをスパッタエッチングするのに必要な時間ｔを上記式から求め、時間ｔの間隔で酸素イオン注入と一次イオン照射とを交互に行えば良い。
【００３６】
図７は、ＳｉＯ２膜厚と注入深さの加速エネルギー依存性の説明図であり、ＳｉＯ２膜厚はＲＢＳ法により測定した結果をプロットしている。また、注入深さはＴＲＩＭによるシミュレーション結果をプロットしたものである。なお、加速エネルギーの範囲は、０．１８ｋｅＶ〜３０ｋｅＶの範囲でプロットしており、通常のＳＩＭＳ工程で用いる一次イオンの加速エネルギー範囲を十分に含んでいる。
【００３７】
図７に示すように、加速エネルギーが０．１８ｋｅＶの場合に形成されるＳｉＯ２膜の膜厚は約４ｎｍであり、したがって、４ｎｍのＳｉＯ２膜の直下になるように酸素イオンを注入するためにはイオン注入時の加速エネルギーを約１．８ｋｅＶとする必要がある。一方、加速エネルギーが２０ｋｅＶの場合に形成されるＳｉＯ２膜の膜厚は約４０ｎｍであり、したがって、４０ｎｍのＳｉＯ２膜の直下になるように酸素イオンを注入するためにはイオン注入時の加速エネルギーを約２８ｋｅＶとする必要がある。したがって、通常のＳＩＭＳ工程においては、一次イオンの加速エネルギーの１．４倍〜１０倍の加速エネルギーで酸素イオンを注入すれば良いことになる。
【００３８】
図８は、本発明の実施例１の分析工程の説明図である。まず、図８（ａ）に示すように、分析前に単結晶シリコン基板３１に酸素イオン３２を図７に示したＳｉＯ２膜の膜厚と注入深さに基づいた加速エネルギーにより１×１０15ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2だけ注入する。このドーズ量では酸素注入領域３３がアモルファス化することはなく、且つ、単結晶シリコン基板３１の表面が実効的にスパッタエッチングされることはない。
【００３９】
次いで、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、一次イオンとしての酸素イオン３４を照射して、単結晶シリコン基板３１の表面にＳｉＯ２膜３５を形成すると同時に形成したＳｉＯ２膜３５をスパッタエッチングしている。なお、一次イオンとしての酸素イオン３４の照射に際しては、上記の図５に示した減速電極２４に印加する電圧で制御する。
【００４０】
次いで、図８（ｄ）に示すように、必要とする精度に基づいて図６から求まるエッチング時間ｔの経過したのち、再び、酸素イオン３２をＳｉＯ２膜３５の直下に注入して酸素注入領域３６を形成し、次いで、再び、一次イオンとしての酸素イオンを照射して分析を行う。この工程をエッチング時間ｔ毎に繰り返すことによって所定の分析深さまで分析を行う。
【００４１】
図９は本発明の実施例１の分析結果の説明図であり、ここでは、（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板中にＩｎイオンを５ｋｅＶの加速エネルギーで１×１０15ｃｍ-2注入した試料に上述の酸素イオン注入を行った場合の分析結果を示している。
【００４２】
図から明らかなように、Ｉｎ分布は図１２に示した膨らみがなくなり、ＴＲＩＭによるシミュレーションのＩｎ分布とほぼ同じ形状となっている。したがって、酸素のプレ注入の効果が確認された。
【実施例２】
【００４３】
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の実施例２のＳＩＭＳによる金属元素の深さ方向分布分析方法を説明する。なお、用いる二次イオン質量分析装置は図５に示したものと同じであるので、ここでは、試料の前処理のみを説明する。
【００４４】
図１０（ａ）に示すように、まず、Ｉｎイオンを５ｋｅＶの加速エネルギーで１×１０15ｃｍ-2注入した（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板４１に対して、Ｇｅイオン４２を例えば２０ｋｅＶで２×１０14ｃｍ-2注入する。このＧｅイオン４２の注入により単結晶シリコン基板４１の表面から約２６ｎｍの深さまでアモルファス化領域４３となる。
【００４５】
次いで、図１０（ｂ）に示すように、酸素イオン４４を例えば１×１０15ｃｍ-2のドーズ量で２５０ｅＶの加速エネルギーでイオン注入する。その結果、表面から約１０ｎｍの範囲が酸素注入領域４５となる。
【００４６】
次いで、図１０（ｃ）に示すように、酸素イオン４４を例えば１×１０15ｃｍ-2のドーズ量で５００ｅＶの加速エネルギーでイオン注入する。その結果、深さ約１０ｎｍ〜２０ｎｍの範囲が酸素注入領域４６となる。
【００４７】
次いで、図１０（ｄ）に示すように、酸素イオン４４を例えば１×１０15ｃｍ-2のドーズ量で１０００ｅＶの加速エネルギーでイオン注入する。その結果、深さ約２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲が酸素注入領域４７となる。
【００４８】
図１１は、本発明の実施例２の分析結果の説明図であり、ここでは、アモルファス化のみの試料とアモルファス化＋酸素注入の試料の分析結果を併せて示している。アモルファス化のみの試料においても、Ｉｎ分布は図１２に示した膨らみがなくなり、ＴＲＩＭによるシミュレーションのＩｎ分布とほぼ同じ形状となっている。特に、酸素イオン注入を追加したものでは、より一層拡散現象が抑えられている。
【００４９】
したがって、分析が必要な深さ領域全体を予めアモルファス化し、さらにアモルファス層中に酸素を存在させることは、金属元素の拡散現象を抑制することに効果があると言える。
【００５０】
ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
（付記１） 一次イオンに酸素を用いて単結晶シリコンを母材とする試料中のＧａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｕ或いはＡｇの少なくとも一つの金属元素の深さ方向分析を二次イオン質量分析法によって行う金属元素の深さ方向分析方法であって、前記試料が前記一次イオンとしての酸素により酸化される領域より少なくとも深い領域を、予め試料の酸化に伴う前記金属元素の拡散を抑制する拡散抑制領域に改質しておく工程を有することを特徴とする金属元素の深さ方向分析方法。
（付記２） 前記拡散抑制領域に改質しておく工程が、前記試料にイオンを注入してアモルファス化層を形成する工程であることを特徴とする付記１に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記３） 前記アモルファス化層に酸素イオンを互い異なった加速エネルギーで複数回に分けてイオン注入する工程を有することを特徴とする付記２に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記４） 前記アモルファス化層を形成する工程で注入するイオンが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ或いはＸｅのいずれかであることを特徴とする付記２または付記３に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記５） 前記拡散抑制領域に改質しておく工程が、前記試料に前記拡散抑制領域がアモルファス化しないドーズ量で酸素をイオン注入する工程であることを特徴とする付記１に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記６） 前記酸素のイオン注入工程における加速エネルギーが、前記一次イオンとしての酸素イオンの加速エネルギーの１．４倍〜１０倍であり、ドーズ量が１×１０15ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2であることを特徴とする付記５に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記７） 前記酸素のイオン注入工程と前記一次イオンとして酸素イオンの照射工程を交互に繰り返して行うことを特徴とする付記５または付記６に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記８） 前記酸素のイオン注入工程と前記一次イオンとして酸素イオンの照射工程を交互に繰り返して行う工程において、同一の酸素イオンガンを用いることを特徴とする付記７に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記９） 少なくとも酸素イオンガンを一次イオン照射手段として備えた二次イオン質量分析装置であって、前記酸素イオンガンに、一次イオン照射に必要な加速エネルギーの少なくとも１０倍までの加速エネルギーを発生させることが可能な加速エネルギー制御手段を備えるとともに、前記加速エネルギー制御手段に一定の時間ごとに加速エネルギーを交互に切り替える加速エネルギー切替え手段を設けたことを特徴とする二次イオン質量分析装置。
【符号の説明】
【００５１】
１ 試料
２ 金属元素
３ イオン
４ 拡散抑制領域
５ 酸素イオン
６ ＳｉＯ２膜
７ 二次イオン
８ アモルファス化領域
１１ 分析室
１２ 試料
１３ 試料ステージ
１４ 一次イオン
１５ 酸素イオンガン
１６ セシウムイオンガン
１７ アモルファス化用ガン
１８ 二次イオン
１９ 質量分析器
２１ イオン源
２２ 引出電極
２３ 加速電極
２４ 減速電極
２５ 収束レンズ
２６ アパーチャ
２７ 対物レンズ
３１，４１ 単結晶シリコン基板
３２，４４ 酸素イオン
３３，３６，４５，４６，４７ 酸素注入領域
３４ 酸素イオン
３５ ＳｉＯ２膜
４２ Ｇｅイオン
４３ アモルファス化領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属元素の深さ方向分析方法及び二次イオン質量分析装置に関するものであり、例えば、酸素イオンを一次イオンに用いたＳＩＭＳ（二次イオン質量分析方法）における測定精度を高めるための構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次イオン質量分析法は一次イオンとなるイオンビームを分析対象となる固体試料の表面に照射し、スパッタリングによって試料表面から放出される二次イオンを質量分析する高感度な物理分析法である。スパッタリングに伴うエッチング作用を利用することによって、深さ方向分析が可能であるため、半導体中の微量不純物の分析に頻繁に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、近年におけるＳＩＭＳに対する要求は厳しく、最表面層より数ｎｍの極浅い領域での高精度な分析が要求されている。そのため、ＳＩＭＳでは、高感度を得るために、一般に酸素やセシウムなどの反応性を持つイオンが一次イオンとして用いられている。
【０００４】
このような反応性イオンの照射は試料表面を改質し、二次イオン発生量を増大させる反面、様々な問題を誘発する。特に、単結晶Ｓｉ中に存在するＧａ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の金属元素を深さ方向分析しようとするときに問題が起こる。
【０００５】
即ち、通常は一次イオンとして酸素を用いるが、照射された酸素はＳｉ表面をＳｉＯ２に変えて二次イオン化率を増加させる一方、分析目的の金属元素をＳｉＯ２から押し出して深さ方向、即ち、基板の内部に拡散してしまうという問題がある（例えば、非特許文献１乃至非特許文献５参照）。
【０００６】
つまり、分析に用いる酸素照射によって分析対象となる金属元素の拡散現象が誘発され、真の元素分布とは異なる深さ方向分布が測定結果として得られることになる。図１２は、（１００）面を主面とする単結晶Ｓｉ基板中にＩｎをイオン注入した試料に対して酸素を照射してＩｎの深さ方向分布を測定した例である。
【０００７】
ここでは、酸素の照射エネルギーを２５０ｅＶから７５０ｅＶまで変えているが、いずれの場合もＩｎ分布はＴＲＩＭを用いたシミュレーションによる分布よりも膨らみ、測定中に起こる拡散現象によって、真のプロファイルとは異なるものになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２１５９９０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｐ．Ｒ．Ｂｏｕｄｅｗｉｊｎ ａｎｄ Ｃ．Ｊ．Ｖｒｉｅｚｅｍａ，ｉｎ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ＳＩＭＳ ＶＩ，ｅｄ．Ｂｔ Ｂｅｎｎｉｎｇｈｏｖｅｎ，Ａ．Ｍ．Ｈｕｂｅｒ ａｎｄ Ｈ．Ｗ．Ｗｅｒｎｅｒ，Ｅｄｓ．（Ｗｉｌｅｙ，Ｃｈｉｃｈｅｓｔｅｒ １９８８），ｐ．４９９．
【非特許文献２】Ｗ．Ｖａｎｄｅｒｖｏｒｓｔ，Ｆ．Ｒ．Ｓｈｅｐｈｅｒｄ，Ｍ．Ｌ．Ｓｗａｎｓｏｎ，Ｈ．Ｈ．Ｐｌａｔｔｎｅｒ，Ｏ．Ｍ．Ｗｅｓｔｃｏｔｔ，ａｎｄ Ｉ．Ｖ．Ｍｉｔｃｈｅｌｌ，Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｂ１５，ｐ．２０１（１９８６）
【非特許文献３】Ｋ．Ｗｉｔｔｍａａｃｋ ａｎｄ Ｎ．Ｍｅｎｚｅｌ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５０，ｐ．８１５（１９８７）
【非特許文献４】Ｓ．Ｄ．Ｌｉｔｔｌｅｗｏｏｄ，Ｊ．Ａ．Ｋｉｌｎｅｒ，ａｎｄ Ｊ．Ｐ．Ｇｏｌｄ，ｉｎ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ＳＩＭＳ ＶＩ，ｅｄ．Ｂｔ Ｂｅｎｎｉｎｇｈｏｖｅｎ，Ａ．Ｍ．Ｈｕｂｅｒ ａｎｄ Ｈ．Ｗ．Ｗｅｒｎｅｒ，Ｅｄｓ．（Ｗｉｌｅｙ， Ｃｈｉｃｈｅｓｔｅｒ １９８８），ｐ．７３７
【非特許文献５】Ｙ．Ｈｏｍｍａ ａｎｄ Ｔ．Ｍａｒｕｏ，Ｓｕｒ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ａｎａｌ． Ｖｏｌ．１４，ｐ．７２５ （１９８９）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のＳＩＭＳによる単結晶Ｓｉ中に存在するＧａ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の金属元素の深さ方向の分析では、上述の拡散現象を抑制して正確な深さ方向分布を得ることは困難であり、測定後に補正することで対処しているのが現状である。
【００１１】
したがって、本発明は、分析に用いる一次イオンとしての酸素イオンビーム照射に誘起される金属元素の拡散現象を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点からは、一次イオンに酸素を用いて単結晶シリコンを母材とする試料中のＧａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｕ或いはＡｇの少なくとも一つの金属元素の深さ方向分析を二次イオン質量分析法によって行う金属元素の深さ方向分析方法であって、前記試料が前記一次イオンとしての酸素により酸化される領域より少なくとも深い領域を、予め試料の酸化に伴う前記金属元素の拡散を抑制する拡散抑制領域に改質しておく工程を有することを特徴とする金属元素の深さ方向分析方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の観点からは、少なくとも酸素イオンガンを一次イオン照射手段として備えた二次イオン質量分析装置であって、前記酸素イオンガンに、一次イオン照射に必要な加速エネルギーの少なくとも１０倍までの加速エネルギーを発生させることが可能な加速エネルギー制御手段を備えるとともに、前記加速エネルギー制御手段に一定の時間ごとに加速エネルギーを交互に切り替える加速エネルギー切替え手段を設けたことを特徴とする二次イオン質量分析装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
開示の金属元素の深さ方向分析方法及び二次イオン質量分析装置によれば、分析に用いる一次イオンとしての酸素イオンビーム照射に誘起される金属元素の拡散現象を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態のＳＩＭＳ工程の説明図である。
【図２】従来のＳＩＭＳ工程の説明図である。
【図３】ラザフォード後方散乱分光による初期ダメージとＩｎ分布プロファイルの説明図である。
【図４】図３の５倍のドーズ量でＩｎをＳｉ基板に注入した場合の初期ダメージとＩｎ分布プロファイルの説明図である。
【図５】本発明の実施に用いる二次イオン質量分析装置の概念的構成図である。
【図６】ＳＩＭＳ工程における照射エネルギーとスパッタリング収率との相関図である。
【図７】ＳｉＯ２膜厚と注入深さの加速エネルギー依存性の説明図である。
【図８】本発明の実施例１の分析工程の説明図である。
【図９】本発明の実施例１の分析結果の説明図である。
【図１０】本発明の実施例２のＳＩＭＳ工程における試料の前処理工程の説明図である。
【図１１】本発明の実施例２の分析結果の説明図である。
【図１２】従来のＳＩＭＳによる深さ方向分布分析結果の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態のＳＩＭＳ工程の説明図である。まず、図１（ａ）に示すように前処理として分析対象となるＧａ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇの内の少なくとも一種類の金属元素２を含んだ単結晶シリコンからなる試料１にイオン３を注入して拡散抑制領域４を形成する。
【００１７】
この場合の拡散抑制領域４の深さは、一次イオンとしての酸素により酸化される領域より少なくとも深い領域となるようにイオン３の加速エネルギーを設定する。この場合のイオン３としては、拡散抑制領域４をアモルファス化領域とするイオンを用いても良いし、或いは、酸素イオンを用いても良い。
【００１８】
拡散抑制領域４をアモルファス化領域とするイオン３としては、母材の化学的性質が変わると検出目的の金属元素２の二次イオン化率が変わってしまうため、試料１の母材元素と同じＳｉ或いはＳｉと化学的性質が近い同じＩＶ族のＧｅを用いる。或いは、不活性なＡｒ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅを用いても良い。この内、化学的性質の観点からはＳｉが望ましいが、少ドープ量でのアモルファス化の観点からは質量数の大きなＧｅが望ましい。
【００１９】
また、イオン３として酸素イオンを用いる場合には、拡散抑制領域４がアモルファス化しないドーズ量とする必要があり、１×１０15ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2とする。また、このような低ドーズ量とすることによって、酸素イオンによるスパッタリングは実効的に行われないので、拡散抑制領域４の形成により表面からの深さ方向における金属元素２の分布状況が変化することはない。
【００２０】
この場合の酸素ドープによる拡散抑制領域４の深さは、一次イオンにより形成されるＳｉＯ２膜の直下であることが最も効果的であるので、一次イオンの加速エネルギーに応じて１．４倍〜１０倍の加速エネルギーで酸素を注入する。
【００２１】
また、ＳＩＭＳ分析中に一次イオンの酸化反応により形成されるＳｉＯ２膜の膜厚は変わることがないので、拡散抑制領域４の深さまでＳｉＯ２膜が形成された時点で分析を中断して、再び酸素イオンをＳｉＯ２膜の直下にイオン注入したのち分析を再開する。
【００２２】
また、アモルファス化と酸素ドープとを組み合わせても良く、その場合には、予め分析予定深さまでアモルファス化したのち、その深さに応じて互いに加速エネルギーを変えた複数回のイオン注入により酸素をほぼ均一な濃度でドープすれば良い。なお、この時、一回の注入によるピーク濃度領域は、例えば、表面から５ｎｍ、１５ｎｍ、２５ｎｍ・・・と順に１０ｎｍ程度ずつ深くなるようにすれば良い。
【００２３】
次に、図１（ｂ）に示すように、予め拡散抑制領域４を形成した試料１に一次イオンとしての酸素イオン５を照射し、試料１の表面にＳｉＯ２膜６を形成しながら、酸素イオン５のスパッタエッチング作用でＳｉＯ２膜６をエッチングする。ＳｉＯ２膜６をエッチングに伴って金属元素２が二次イオン７として飛び出すので、これを質量分析器で検出する。
【００２４】
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の検出原理を説明する。図２は従来のＳＩＭＳ工程の説明図であり、図２（ａ）に示すように一次イオンとしての酸素イオン５を照射すると、図２（ｂ）に示すように、単結晶シリコンからなる試料１の表面がＳｉＯ２膜６に変質する。また、それと同時にＳｉＯ２膜６の直下（数ｎｍ〜数十ｎｍ）の領域に酸素照射によるダメージでアモルファス化領域８が形成される。
【００２５】
この時、試料１中の金属元素２は、ＳｉＯ２膜６からアモルファス化領域８へマイグレーションを起こすため、上記の図１２に示したように、金属元素２の分布が金属元素２のイオン注入直後の分布からずれてしまう。これは、酸素照射により形成されるＳｉＯ２膜６中に存在するよりも、その下層のアモルファス化領域８に存在する方が化学的に安定であるためと推測される。
【００２６】
図３は、ラザフォード後方散乱分光（ＲＢＳ）によってＩｎイオン注入時に発生する単結晶Ｓｉ基板への初期ダメージを測定した結果を示したものである。なお、Ｉｎの分布はＳＩＭＳによる測定結果である。図から明らかなように、表面から約１５ｎｍ以降の初期ダメージのない領域でＴＲＩＭによるシミュレーション結果から予測されるＩｎ分布より拡がっている。
【００２７】
つまり、初期ダメージのある領域では、もともとＳｉがアモルファス化しているため酸化が起こってもＩｎは拡散しない。しかし、初期ダメージのない領域では、酸素照射によってＳｉＯ２膜６が形成されるともにその下層にアモルファス化領域８も形成され、Ｉｎは下層のアモルファス化領域８の中に拡散する。
【００２８】
図４は、図３の５倍のドーズ量でＩｎをＳｉ基板に注入した場合の初期ダメージとＩｎ分布プロファイルである。初期ダメージの深さは図３で示したものより約５ｎｍ深くなっており、その領域を過ぎてからＩｎ分布は膨らむことが分る。
【００２９】
したがって、分析前のアモルファス化領域８を制御することによって金属元素２の拡散の抑制は可能と考えられ、分析が必要な領域全体を予めアモルファス化しておけば課題は解決できる。
【００３０】
また、金属元素２の拡散が酸素に起因するものである以上、金属元素２が拡散により逃げ込む先、即ち、アモルファス化領域８となる位置に酸素が存在すれば金属元素２の拡散を抑制することができる。
【００３１】
また、分析が必要な領域全体を予めアモルファス化する場合にも、アモルファス化領域を形成したのち、酸素を添加することはより一層効果的である。即ち、予めアモルファス化と酸素添加をしているので、酸素一次イオンの照射による試料の変質（酸化＋アモルファス化）の金属元素に対する影響は最小限に止めることができ、金属元素の拡散を抑制できる。
【実施例１】
【００３２】
以上を前提として、次に、図５乃至図９を参照して、本発明の実施例１のＳＩＭＳによる金属元素の深さ方向分布分析法を説明する。図５は、本発明の実施に用いる二次イオン質量分析装置の概念的構成図である。図５（ａ）に示すように、分析室１１、分析室に収容された試料１２を載置する試料ステージ１３、試料１２に一次イオン１４としての酸素を照射する酸素イオンガン１５、試料に一次イオンとしてのＣｓを照射するセシウムイオンガン１６、試料１２の表面をアモルファス化するアモルファス化用ガン１７、及び、二次イオン１８を検出する質量分析器１９を備えている。なお、Ｃｓイオンは二次イオン１８が負イオン化しやすい場合に一次イオンとするものであり、実施例１のＧａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇの分析には用いないが、汎用性を高めるために備えている。
【００３３】
また、図５（ｂ）に示すように、酸素イオンガン１５は、イオン源２１、一定電圧が印加される引出電極２２、加速電極２３、減速電極２４、収束レンズ２５、アパーチャ２６、及び、対物レンズ２７を備えている。この加速電極２３及び減速電極２４には、加速電圧と減速電圧とを交互に走査することによって一次イオンエネルギーと注入エネルギーとを切り替える制御機構が接続されている。
【００３４】
図６は、ＳＩＭＳ工程における照射エネルギーとスパッタリング収率との相関図である。ここで、Ｉを一次イオン電流量、ｎＭを試料の密度、Ａを一次イオンの照射面積、ＹＭをスパッタリング収率とすると、エッチング速度ＶＭは、
ＶＭ＝ＹＭ・Ｉ／（ｎＭ・Ａ）
で与えられる。したがって、単位時間のエッチング深さは、上記式に図６から得られる各一次イオン照射エネルギーに対応するスパッタリング収率ＹＭを代入することによって得られる。
【００３５】
なお、分析中にＳｉＯ２膜は形成と同時にスパッタエッチングが生じるので、ＳｉＯ２膜の膜厚は分析中で変わることはなく一定である。したがって、必要とする分析精度に応じて、エッチング時間ｔを上式から求め、時間ｔの間隔で酸素イオン注入と一次イオン照射とを交互に行えば良い。例えば、１ｎｍの分析精度を得たい場合には、１ｎｍの厚さをスパッタエッチングするのに必要な時間ｔを上記式から求め、時間ｔの間隔で酸素イオン注入と一次イオン照射とを交互に行えば良い。
【００３６】
図７は、ＳｉＯ２膜厚と注入深さの加速エネルギー依存性の説明図であり、ＳｉＯ２膜厚はＲＢＳ法により測定した結果をプロットしている。また、注入深さはＴＲＩＭによるシミュレーション結果をプロットしたものである。なお、加速エネルギーの範囲は、０．１８ｋｅＶ〜３０ｋｅＶの範囲でプロットしており、通常のＳＩＭＳ工程で用いる一次イオンの加速エネルギー範囲を十分に含んでいる。
【００３７】
図７に示すように、加速エネルギーが０．１８ｋｅＶの場合に形成されるＳｉＯ２膜の膜厚は約４ｎｍであり、したがって、４ｎｍのＳｉＯ２膜の直下になるように酸素イオンを注入するためにはイオン注入時の加速エネルギーを約１．８ｋｅＶとする必要がある。一方、加速エネルギーが２０ｋｅＶの場合に形成されるＳｉＯ２膜の膜厚は約４０ｎｍであり、したがって、４０ｎｍのＳｉＯ２膜の直下になるように酸素イオンを注入するためにはイオン注入時の加速エネルギーを約２８ｋｅＶとする必要がある。したがって、通常のＳＩＭＳ工程においては、一次イオンの加速エネルギーの１．４倍〜１０倍の加速エネルギーで酸素イオンを注入すれば良いことになる。
【００３８】
図８は、本発明の実施例１の分析工程の説明図である。まず、図８（ａ）に示すように、分析前に単結晶シリコン基板３１に酸素イオン３２を図７に示したＳｉＯ２膜の膜厚と注入深さに基づいた加速エネルギーにより１×１０15ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2だけ注入する。このドーズ量では酸素注入領域３３がアモルファス化することはなく、且つ、単結晶シリコン基板３１の表面が実効的にスパッタエッチングされることはない。
【００３９】
次いで、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、一次イオンとしての酸素イオン３４を照射して、単結晶シリコン基板３１の表面にＳｉＯ２膜３５を形成すると同時に形成したＳｉＯ２膜３５をスパッタエッチングしている。なお、一次イオンとしての酸素イオン３４の照射に際しては、上記の図５に示した減速電極２４に印加する電圧で制御する。
【００４０】
次いで、図８（ｄ）に示すように、必要とする精度に基づいて図６から求まるエッチング時間ｔの経過したのち、再び、酸素イオン３２をＳｉＯ２膜３５の直下に注入して酸素注入領域３６を形成し、次いで、再び、一次イオンとしての酸素イオンを照射して分析を行う。この工程をエッチング時間ｔ毎に繰り返すことによって所定の分析深さまで分析を行う。
【００４１】
図９は本発明の実施例１の分析結果の説明図であり、ここでは、（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板中にＩｎイオンを５ｋｅＶの加速エネルギーで１×１０15ｃｍ-2注入した試料に上述の酸素イオン注入を行った場合の分析結果を示している。
【００４２】
図から明らかなように、Ｉｎ分布は図１２に示した膨らみがなくなり、ＴＲＩＭによるシミュレーションのＩｎ分布とほぼ同じ形状となっている。したがって、酸素のプレ注入の効果が確認された。
【実施例２】
【００４３】
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の実施例２のＳＩＭＳによる金属元素の深さ方向分布分析方法を説明する。なお、用いる二次イオン質量分析装置は図５に示したものと同じであるので、ここでは、試料の前処理のみを説明する。
【００４４】
図１０（ａ）に示すように、まず、Ｉｎイオンを５ｋｅＶの加速エネルギーで１×１０15ｃｍ-2注入した（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板４１に対して、Ｇｅイオン４２を例えば２０ｋｅＶで２×１０14ｃｍ-2注入する。このＧｅイオン４２の注入により単結晶シリコン基板４１の表面から約２６ｎｍの深さまでアモルファス化領域４３となる。
【００４５】
次いで、図１０（ｂ）に示すように、酸素イオン４４を例えば１×１０15ｃｍ-2のドーズ量で２５０ｅＶの加速エネルギーでイオン注入する。その結果、表面から約１０ｎｍの範囲が酸素注入領域４５となる。
【００４６】
次いで、図１０（ｃ）に示すように、酸素イオン４４を例えば１×１０15ｃｍ-2のドーズ量で５００ｅＶの加速エネルギーでイオン注入する。その結果、深さ約１０ｎｍ〜２０ｎｍの範囲が酸素注入領域４６となる。
【００４７】
次いで、図１０（ｄ）に示すように、酸素イオン４４を例えば１×１０15ｃｍ-2のドーズ量で１０００ｅＶの加速エネルギーでイオン注入する。その結果、深さ約２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲が酸素注入領域４７となる。
【００４８】
図１１は、本発明の実施例２の分析結果の説明図であり、ここでは、アモルファス化のみの試料とアモルファス化＋酸素注入の試料の分析結果を併せて示している。アモルファス化のみの試料においても、Ｉｎ分布は図１２に示した膨らみがなくなり、ＴＲＩＭによるシミュレーションのＩｎ分布とほぼ同じ形状となっている。特に、酸素イオン注入を追加したものでは、より一層拡散現象が抑えられている。
【００４９】
したがって、分析が必要な深さ領域全体を予めアモルファス化し、さらにアモルファス層中に酸素を存在させることは、金属元素の拡散現象を抑制することに効果があると言える。
【００５０】
ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
（付記１） 一次イオンに酸素を用いて単結晶シリコンを母材とする試料中のＧａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｕ或いはＡｇの少なくとも一つの金属元素の深さ方向分析を二次イオン質量分析法によって行う金属元素の深さ方向分析方法であって、前記試料が前記一次イオンとしての酸素により酸化される領域より少なくとも深い領域を、予め試料の酸化に伴う前記金属元素の拡散を抑制する拡散抑制領域に改質しておく工程を有することを特徴とする金属元素の深さ方向分析方法。
（付記２） 前記拡散抑制領域に改質しておく工程が、前記試料にイオンを注入してアモルファス化層を形成する工程であることを特徴とする付記１に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記３） 前記アモルファス化層に酸素イオンを互い異なった加速エネルギーで複数回に分けてイオン注入する工程を有することを特徴とする付記２に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記４） 前記アモルファス化層を形成する工程で注入するイオンが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ或いはＸｅのいずれかであることを特徴とする付記２または付記３に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記５） 前記拡散抑制領域に改質しておく工程が、前記試料に前記拡散抑制領域がアモルファス化しないドーズ量で酸素をイオン注入する工程であることを特徴とする付記１に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記６） 前記酸素のイオン注入工程における加速エネルギーが、前記一次イオンとしての酸素イオンの加速エネルギーの１．４倍〜１０倍であり、ドーズ量が１×１０15ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2であることを特徴とする付記５に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記７） 前記酸素のイオン注入工程と前記一次イオンとして酸素イオンの照射工程を交互に繰り返して行うことを特徴とする付記５または付記６に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記８） 前記酸素のイオン注入工程と前記一次イオンとして酸素イオンの照射工程を交互に繰り返して行う工程において、同一の酸素イオンガンを用いることを特徴とする付記７に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
（付記９） 少なくとも酸素イオンガンを一次イオン照射手段として備えた二次イオン質量分析装置であって、前記酸素イオンガンに、一次イオン照射に必要な加速エネルギーの少なくとも１０倍までの加速エネルギーを発生させることが可能な加速エネルギー制御手段を備えるとともに、前記加速エネルギー制御手段に一定の時間ごとに加速エネルギーを交互に切り替える加速エネルギー切替え手段を設けたことを特徴とする二次イオン質量分析装置。
【符号の説明】
【００５１】
１ 試料
２ 金属元素
３ イオン
４ 拡散抑制領域
５ 酸素イオン
６ ＳｉＯ２膜
７ 二次イオン
８ アモルファス化領域
１１ 分析室
１２ 試料
１３ 試料ステージ
１４ 一次イオン
１５ 酸素イオンガン
１６ セシウムイオンガン
１７ アモルファス化用ガン
１８ 二次イオン
１９ 質量分析器
２１ イオン源
２２ 引出電極
２３ 加速電極
２４ 減速電極
２５ 収束レンズ
２６ アパーチャ
２７ 対物レンズ
３１，４１ 単結晶シリコン基板
３２，４４ 酸素イオン
３３，３６，４５，４６，４７ 酸素注入領域
３４ 酸素イオン
３５ ＳｉＯ２膜
４２ Ｇｅイオン
４３ アモルファス化領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次イオンに酸素を用いて単結晶シリコンを母材とする試料中のＧａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｕ或いはＡｇの少なくとも一つの金属元素の深さ方向分析を二次イオン質量分析法によって行う金属元素の深さ方向分析方法であって、
前記試料が前記一次イオンとしての酸素により酸化される領域より少なくとも深い領域を、予め試料の酸化に伴う前記金属元素の拡散を抑制する拡散抑制領域に改質しておく工程を有することを特徴とする金属元素の深さ方向分析方法。
【請求項２】
前記拡散抑制領域に改質しておく工程が、前記試料にイオンを注入してアモルファス化層を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
【請求項３】
前記アモルファス化層に酸素イオンを互い異なった加速エネルギーで複数回に分けてイオン注入する工程を有することを特徴とする請求項２に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
【請求項４】
前記拡散抑制領域に改質しておく工程が、前記試料に前記拡散抑制領域がアモルファス化しないドーズ量で酸素をイオン注入する工程であることを特徴とする請求項１に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
【請求項５】
前記酸素のイオン注入工程と前記一次イオンとして酸素イオンの照射工程を交互に繰り返して行うことを特徴とする請求項４に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
【請求項６】
少なくとも酸素イオンガンを一次イオン照射手段として備えた二次イオン質量分析装置であって、
前記酸素イオンガンに、一次イオン照射に必要な加速エネルギーの少なくとも１０倍までの加速エネルギーを発生させることが可能な加速エネルギー制御手段を備えるとともに、
前記加速エネルギー制御手段に一定の時間ごとに加速エネルギーを交互に切り替える加速エネルギー切替え手段を設けたことを特徴とする二次イオン質量分析装置。
【請求項１】
一次イオンに酸素を用いて単結晶シリコンを母材とする試料中のＧａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｕ或いはＡｇの少なくとも一つの金属元素の深さ方向分析を二次イオン質量分析法によって行う金属元素の深さ方向分析方法であって、
前記試料が前記一次イオンとしての酸素により酸化される領域より少なくとも深い領域を、予め試料の酸化に伴う前記金属元素の拡散を抑制する拡散抑制領域に改質しておく工程を有することを特徴とする金属元素の深さ方向分析方法。
【請求項２】
前記拡散抑制領域に改質しておく工程が、前記試料にイオンを注入してアモルファス化層を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
【請求項３】
前記アモルファス化層に酸素イオンを互い異なった加速エネルギーで複数回に分けてイオン注入する工程を有することを特徴とする請求項２に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
【請求項４】
前記拡散抑制領域に改質しておく工程が、前記試料に前記拡散抑制領域がアモルファス化しないドーズ量で酸素をイオン注入する工程であることを特徴とする請求項１に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
【請求項５】
前記酸素のイオン注入工程と前記一次イオンとして酸素イオンの照射工程を交互に繰り返して行うことを特徴とする請求項４に記載の金属元素の深さ方向分析方法。
【請求項６】
少なくとも酸素イオンガンを一次イオン照射手段として備えた二次イオン質量分析装置であって、
前記酸素イオンガンに、一次イオン照射に必要な加速エネルギーの少なくとも１０倍までの加速エネルギーを発生させることが可能な加速エネルギー制御手段を備えるとともに、
前記加速エネルギー制御手段に一定の時間ごとに加速エネルギーを交互に切り替える加速エネルギー切替え手段を設けたことを特徴とする二次イオン質量分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−３８９３６（Ｐ２０１１−３８９３６Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８７６３３（Ｐ２００９−１８７６３３）
【出願日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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