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半导体器件的元素和结构特征

在器件批量生产之前,充分了解制造器件所涉及的工艺至关重要,这就要求对制成中每个工艺下纳米甚至原子尺度的器件的化学和结构信息了然于心。能谱分析(EDS)和电子背散射衍射(EBSD)技术的发展,提供了一种可以快速、准确地了解制造工艺。

随着器件的复杂化,无论功能如何,单个晶片的价值都会增加,此时为了进行物理分析而破坏晶片会大大增加成本。这就提出了对大块试样进行元素表征的需求。利用扫描电子显微镜和EDS是实现空间分辨元素表征的方法之一,其挑战在于,尽管大多数纳米尺度的特征可以使用低电压进行清晰成像,但这些成像条件下通常难以进行元素分析。

Ultim Max Extreme可以解决这个问题。Extreme 优化后在超高分辨率成像条件下采集 X 射线的效率较高;AZtec 强大的 X 射线光谱处理能力支持批量样品 5nm 分辨率的 EDS。这种分辨率下实现的元素表征降低了对超薄样品和透射电子显微镜(TEM)的要求,缩短了数据处理时间,提高了工作效率。 

 

然而, 对于某些样品, 比如表征栅极氧化层的均匀性、金属-接口扩散屏障的完整性,或者PN结中掺杂物的分布等研究,其超高分辨率都要求使用透射样品。虽然其中一些样品在FIB中使用透射模式和Ultim Extreme也可进行部分分析工作,但大部分仍需使用TEM进行原子级的电子成像和元素成像表征。X-Max 100TLE是理想的解决方案。优化的传感器设计可确保更高的灵敏度, 而的无窗口设计可确保提高对硼等轻元素(常用于器件中的P型和N型掺杂)的探测灵敏度。

 

这不仅是材料的基本特性,还会严重影响设备性能。金属化特征中的晶体结构、晶粒结构和应变对导电性甚至氧化敏感性都有很大的影响。无论是硅通孔技术(TSV)等前端器件间互连还是后端焊盘连接,对结构的认识是了解器件性能的关键。EBSD 通过样品表面电子衍射的变化提供空间解析的结构信息。对于 TSV 等较重要特征,可以通过纳米级颗粒来定义其特性。对称 EBSD 解决了这些问题。作为基于 CMOS 的 EBSD 相机,针对相同材料的摄像,其速度比传统的基于 CCD 的 EBSD 相机快 10 倍。这意味着采集高分辨率 EBSD 图谱的速度更快。因此,适合大面积的小粒度分析。

   

并非所有分析都需要进行高分辨率的元素分析。在许多情况下,在了解样本元素分布时,高吞吐量和交互式反馈显得更为重要。分析焊接接头处金属间接触层的形成就属于这方面的例子。为了在大量焊点中能够快速确认铜质焊盘扩散到锡焊料中的焊点,通常需要进行背散射电子(BSE)成像。借助 AZtecLive,现在完成相同任务时可以综合使用 BSE 和 EDS 方法。这样可以获得更多信息,更深入了解导致金属间形成的过程。 

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