二次离子质谱仪的原理及在半导体产业中的应用

论文摘要

二次离子质谱（SIMS）是离子质谱学的一个分支,是表面分析的有利工具。其特点是高灵敏度和高分辨率。本论文对于掺杂元素的深度分布分析发现可以利用SIMS对掺杂元素的极高灵敏度的特点,对样品的注入条件进行分析,在生产中可以进行离子注入机台的校验,并确定新机台的可以投入生产。对于掺杂元素均匀性分析实验体现SIMS对于CVD沉积工艺的质量监控尤其是硼磷元素的分布和生长比率等方面有不可替代的作用。通过SIMS结果的分析帮助CVD工程师进行生长条件的调节,确定最佳沉积工艺条件。对于杂质污染的SIMS表面分析,可以对样品表面结构和杂质掺杂情况进行详细了解,帮助Photo工艺精确判定是否存在残留光刻胶,可以保证芯片的有源区的洁净生长,对器件的电性质量及可靠性起到至关重要的作用。对掺杂元素退火后的形貌分析研究发现通过改变掺杂元素的深度分布,来保证器件的电学性能达到设计要求。可以帮助LTD进行新工艺的研究对于90nm/65nm/45nm新产品开发起到很大作用。此外本文介绍了SIMS在失效分析领域的应用,通过对太阳能板的利用比率失效分析研究,结合SIMS与SEM,FIB综合研究结果发现PN节的深度没有达到工艺要求,从而导致光能的转换比率偏低,使太阳电池能的性能不良并必须进行改善。利用二次离子质谱仪对多晶硅/氧化硅界面进行分析,发现多晶硅/氧化硅界面不是突变的,而存在着一个过渡区;根据多晶硅薄膜的成核理论,分析该过渡区形成的物理起源和机理,并利用“氧化层电导”模型,定量分析过渡区对器件栅氧化层电导的影响。由此结合IMS-6f型二次离子质谱仪,本文对SIMS的原理及在半导体业中的应用进行了综述。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 二次离子质谱分析方法及应用概述
• 1.1 IMS-6f 型二次离子质谱仪
• 1.2 IMS-6F 型二次离子质谱应用
• 第二章 二次离子质谱分析条件研究
• 2.1 一次光束
• 2.2 一次入射角
• 2.3 溅射速率
• 2.4 探测面积
• 2.5 元素监
• 2.6 结束点
• 2.7 能量分布
• 2.8 小结
• 第三章 SIMS 在半导体产业实践过程中的应用
• 3.1 生产过程中的定量定性分析
• 3.2 掺杂元素退火后的形貌分析
• 3.3 对于光阻（Photoresist）遮挡能力的检测
• 3.4 失效分析
• 3.5 应注意的几个问题
• 3.6 小结
• 第四章 二次离子质谱分析在器件工艺中的应用
• 4.1 Si中B元素离子注入及GaAs中O杂质与掺杂元素离子注入浓度分布
• 4.2 Si中B的辐照增强效应的研究
• 4.3 重掺砷硅片中微量硼的质谱及定量分析
• 4.4 多晶硅/氧化硅界面的二次离子质谱分析
• 4.5 小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢