掃描电鏡(jìng)在(zài)半導體(tǐ)行業的(de)應(yìng)用(yòng)分(fēn)析

作(zuò)者(zhě)：admin      时(shí)间：2020年(nián)05月(yuè)09日(rì)

• 由(yóu)于半導體(tǐ)器件(jiàn)體(tǐ)積小、重(zhòng)量(liàng)輕(qīng)、壽命长(cháng)、功率損耗小、機(jī)械性(xìng)能好(hǎo). 因(yīn)而(ér)适用(yòng)的(de)範閘极(jí)廣。然而(ér)半導體(tǐ)器件(jiàn)的(de)性(xìng)能和(hé)穩定(dìng)性(xìng)在(zài)很大(dà)程度(dù)上(shàng)受它表(biǎo)面(miàn)的(de)微觀狀态的(de)影响。一(yī)般在(zài)半導體(tǐ)器件(jiàn)试制和(hé)生(shēng)产过(guò)程巾(jīn)包(bāo)括了切(qiè)割、研磨、抛光(guāng)以(yǐ)及(jí)各種(zhǒng)化(huà)学试劑處(chù)理(lǐ)等一(yī)系列工廳， 正(zhèng)是(shì)在(zài)这(zhè)些(xiē)过(guò)程巾(jīn)，会(huì)造成表(biǎo)面(miàn)的(de)結構發(fà)生(shēng)惊人(rén)的(de)變(biàn)化(huà)，所(suǒ)以(yǐ)幾(jǐ)乎每一(yī)个(gè)步驟都需要对(duì)擴散(sàn)rx-. 的(de)深度(dù)进行測繭或(huò)者(zhě)直(zhí)接看(kàn)到(dào)擴散(sàn)区的(de)實(shí)際分(fēn)布(bù)情(qíng)况，而(ér)生(shēng)产大(dà)型集成电路(lù)就(jiù)更(gèng)是(shì)如(rú)此。目前(qián). 掃捎电鏡(jìng)在(zài)半導體(tǐ)中(zhōng)的(de)應(yìng)用(yòng)已經(jīng)深入(rù)到(dào)許多方(fāng)面(miàn)。

• 1.質(zhì)量(liàng)監控與(yǔ)工藝診斷

• 矽片(piàn)表(biǎo)面(miàn)站污常常是(shì)影响微电子器件(jiàn)生(shēng)产質(zhì)量(liàng)的(de)嚴重(zhòng)问題(tí)。掃描电鏡(jìng)可(kě)以(yǐ)检查和(hé)鑒定(dìng)站污的(de)種(zhǒng)類(lèi)、来(lái)源，以(yǐ)清(qīng)除站污，如(rú)果(guǒ)配備 X 射線(xiàn)能譜仪，在(zài)觀察形态的(de)同(tóng)时(shí)，可(kě)以(yǐ)分(fēn)析 这(zhè)些(xiē)站污物(wù)的(de)主(zhǔ)要元(yuán)素成分(fēn)。用(yòng)掃描电鏡(jìng)還(huán)可(kě)以(yǐ)检查矽片(piàn)表(biǎo)面(miàn)殘留的(de)塗层(céng)或(huò)均勻薄膜 也(yě)能顯示其(qí)异質(zhì)的(de)結構。

• 在(zài)器件(jiàn)加工中(zhōng)，掃描电鏡(jìng)可(kě)以(yǐ)检查金(jīn)屬化(huà)的(de)質(zhì)量(liàng)，如(rú) Si02 、PSG、PBSG 等鈍化(huà)层(céng)台(tái)階(jiē) 的(de)角度(dù)。台(tái)階(jiē)上(shàng)金(jīn)屬化(huà)的(de)形态關(guān)系到(dào)器件(jiàn)的(de)成品率和(hé)可(kě)靠性(xìng)，因(yīn)此國(guó)內(nèi)外(wài)早(zǎo)已制定(dìng)了掃描电鏡(jìng)检查金(jīn)屬化(huà)的(de)标(biāo)準并作(zuò)为例行抽验(yàn)項目。当 IC 的(de)加工線(xiàn)条(tiáo)进入(rù)亞微米階(jiē)段(duàn)，为了生(shēng)产出(chū)亞微米电路(lù)所(suǒ)需的(de)精密結構，利用(yòng)掃 描电鏡(jìng)进行工藝检查，控制精度(dù)在(zài)納米數量(liàng)級。

• 在(zài)機(jī)械加工过(guò)程中(zhōng)，会(huì)引起(qǐ)表(biǎo)面(miàn)层(céng)的(de)晶格發(fà)生(shēng)損傷。損傷程度(dù)一(yī)方(fāng)面(miàn)取(qǔ)決于切(qiè)割方(fāng)法(fǎ)、振動(dòng)與(yǔ)磨料選择的(de)情(qíng)况，同(tóng)时(shí)也(yě)取(qǔ)決于晶體(tǐ)本(běn)身(shēn)的(de)抗損傷能力。利用(yòng)掃描电鏡(jìng)中(zhōng)产生(shēng)的(de)特(tè)征衍射图(tú)樣(yàng)的(de)變(biàn)化(huà)，可(kě)以(yǐ)直(zhí)觀而(ér)靈敏地(dì)看(kàn)到(dào)表(biǎo)面(miàn)的(de)結構狀况以(yǐ)及(jí)晶格結構完整性(xìng)在(zài) 不(bù)同(tóng)深度(dù)上(shàng)的(de)分(fēn)布(bù)，從而(ér)确定(dìng)表(biǎo)面(miàn)損傷程度(dù)。

• 2. 器件(jiàn)分(fēn)析

• 掃描电鏡(jìng)可(kě)以(yǐ)对(duì)器件(jiàn)的(de)尺(chǐ)寸(cùn)和(hé)一(yī)些(xiē)重(zhòng)要的(de)物(wù)理(lǐ)參數进行分(fēn)析，如(rú)結深、耗盡层(céng)宽(kuān)度(dù) 少(shǎo)子壽命、擴散(sàn)长(cháng)度(dù)等等，也(yě)就(jiù)是(shì)对(duì)器件(jiàn)的(de)設計(jì)、工藝进行修改和(hé)調整。掃描电鏡(jìng)二(èr)次(cì)电子像可(kě)以(yǐ)分(fēn)析器件(jiàn)的(de)表(biǎo)面(miàn)形貌，結合縱向(xiàng)剖面(miàn)解(jiě)剖和(hé)腐蚀，可(kě)以(yǐ)确定(dìng) PN 結的(de)位(wèi)置、結的(de) 深度(dù)。

• 利用(yòng)掃描电鏡(jìng)束(shù)感(gǎn)生(shēng)电流工作(zuò)模式，可(kě)以(yǐ)得到(dào)器件(jiàn)結深、耗盡层(céng)宽(kuān)度(dù)、MOS 管(guǎn)沟(gōu)道(dào)长(cháng) 度(dù)，還(huán)能測量(liàng)擴散(sàn)长(cháng)度(dù)、少(shǎo)子壽命等物(wù)理(lǐ)參數。对(duì)于 1 nm 以(yǐ)下(xià)的(de)短(duǎn)沟(gōu)道(dào)器件(jiàn)检測，可(kě)用(yòng)類(lèi)似于測量(liàng)耗盡层(céng)宽(kuān)度(dù)的(de)方(fāng)法(fǎ)，电子束(shù)对(duì)MOS 场(chǎng)效應(yìng)管(guǎn)进行掃描，得到(dào)二(èr)条(tiáo)柬感(gǎn)生(shēng)电流曲線(xiàn)，就(jiù)可(kě)得知此场(chǎng)效應(yìng)管(guǎn)的(de)沟(gōu)道(dào)长(cháng)度(dù)。

• 3.失效分(fēn)析和(hé)可(kě)靠性(xìng)研究

• 相当多器件(jiàn)的(de)失效與(yǔ)金(jīn)屬化(huà)有(yǒu)關(guān)，对(duì)于超大(dà)規模电路(lù)来(lái)说(shuō)，金(jīn)屬化(huà)的(de)问題(tí)更(gèng)多，如(rú)出(chū)現(xiàn)电遷移，金(jīn)屬化(huà)與(yǔ)矽的(de)接触电阻，鋁(lǚ)中(zhōng)矽粒(lì)子，鋁(lǚ)因(yīn)鈍化(huà)层(céng)引起(qǐ)應(yìng)力空(kōng)洞(dòng)等。掃描电鏡(jìng) 是(shì)失效分(fēn)析和(hé)可(kě)靠性(xìng)研究中(zhōng)最(zuì)重(zhòng)要的(de)分(fēn)析仪器，可(kě)觀察研究金(jīn)屬化(huà)层(céng)的(de)機(jī)械損傷、台(tái)階(jiē)上(shàng) 金(jīn)屬化(huà)裂縫和(hé)化(huà)学腐蚀等问題(tí)。

• 用(yòng)掃描电鏡(jìng)的(de)电壓襯度(dù)和(hé)柬感(gǎn)生(shēng)电流可(kě)以(yǐ)觀察 PN 結中(zhōng)存在(zài)的(de)位(wèi)錯等缺陷，如(rú)漏电 流大(dà)、软(ruǎn)擊穿、沟(gōu)道(dào)、管(guǎn)道(dào)等电性(xìng)能。正(zhèng)常 PN 結的(de)束(shù)感(gǎn)生(shēng)电流因(yīn)是(shì)均勻的(de);而(ér)当 PN 結中(zhōng)存在(zài)位(wèi)錯或(huò)其(qí)他(tā)缺陸时(shí)，这(zhè)些(xiē)缺陷成为複合中(zhōng)心(xīn)，电子束(shù)产生(shēng)的(de)电子、空(kōng)穴在(zài)缺陷處(chù)迅速 複合，因(yīn)此，在(zài) PN 結的(de)束(shù)感(gǎn)生(shēng)电流图(tú)中(zhōng)，缺陷位(wèi)錯處(chù)出(chū)現(xiàn)黑點(diǎn)、線(xiàn)条(tiáo)或(huò)网(wǎng)絡。

• CMOS 器件(jiàn)的(de)问鎖效應(yìng)（ latch-up） 是(shì)嚴重(zhòng)影响 CMOS 电路(lù)安(ān)全(quán)使用(yòng)的(de)失效機(jī)理(lǐ)。

• 在(zài)掃描电鏡(jìng)中(zhōng)的(de)静(jìng)态电壓襯度(dù)和(hé)閃頻电壓襯度(dù)可(kě)以(yǐ)觀察分(fēn)析整个(gè)电路(lù)中(zhōng)哪些(xiē)部(bù)分(fēn)發(fà)生(shēng)了習鎖現(xiàn)象(xiàng)。發(fà)生(shēng)问鎖效應(yìng)时(shí)，有(yǒu)關(guān)寄生(shēng)晶體(tǐ)管(guǎn)呈導通(tòng)狀，大(dà)电流流过(guò)寄生(shēng) PN 通(tòng)道(dào)中(zhōng)的(de)阱 與(yǔ)襯底，造成在(zài) P 阱里(lǐ)有(yǒu)較大(dà)的(de)电位(wèi)升(shēng)高(gāo)，同(tóng)时(shí) N 襯底的(de)电位(wèi)降低(dī)。这(zhè)種(zhǒng)电位(wèi)變(biàn)化(huà)在(zài) SEM的(de)电壓襯度(dù)和(hé)閃頻电壓襯度(dù)工作(zuò)模式中(zhōng)，發(fà)生(shēng)變(biàn)化(huà)處(chù)图(tú)像的(de)亮(liàng)度(dù)也(yě)随之(zhī)發(fà)生(shēng)變(biàn)化(huà)， 因(yīn)而(ér)可(kě)以(yǐ)較方(fāng)便地(dì)分(fēn)辨出(chū)来(lái)。

• 4.电子材料研制分(fēn)析

• 随着电子技術(shù)的(de)迅速發(fà)展(zhǎn)，对(duì)电子材料的(de)性(xìng)能及(jí)环(huán)保标(biāo)準提(tí)出(chū)了更(gèng)高(gāo)的(de)要求。應(yìng)用(yòng)掃描电鏡(jìng)研究消磁用(yòng)热(rè)敏电阻的(de)顯微形貌，結果(guǒ)顯示，利用(yòng)以(yǐ)擰穰(ráng)酸(suān)盐(yán)凝胶(jiāo)包(bāo)裹法(fǎ)制備的(de) 納米粉體(tǐ)燒結而(ér)成的(de) PTC 热(rè)敏电阻，粒(lì)徑在(zài) 5μm 左(zuǒ)右，且(qiě)分(fēn)布(bù)較均勻，沒(méi)有(yǒu)影响材料性(xìng)能的(de)粗(cū)大(dà)颗(kē)粒(lì)存在(zài);此外(wài)，材料中(zhōng)的(de)晶粒(lì)幾(jǐ)乎全(quán)部(bù)發(fà)育成棒狀（或(huò)針(zhēn)狀）晶體(tǐ)，表(biǎo)明(míng)擰攘 酸(suān)盐(yán)凝胶(jiāo)包(bāo)裹法(fǎ)及(jí)适当的(de)燒結工藝可(kě)以(yǐ)研制无铅(qiān)的(de)环(huán)保型高(gāo)性(xìng)能热(rè)敏电阻。

• 5. 利用(yòng)掃描电鏡(jìng)觀察真(zhēn)空(kōng)微电子二(èr)极(jí)管(guǎn)的(de)內(nèi)部(bù)結構图(tú)像，可(kě)準确測量(liàng)出(chū)發(fà)射尖錐的(de) 頂角和(hé)門(mén)极(jí)小孔的(de)直(zhí)徑，这(zhè)对(duì)检測和(hé)研制真(zhēn)空(kōng)微电子二(èr)极(jí)管(guǎn)是(shì)极(jí)其(qí)有(yǒu)用(yòng)的(de)。这(zhè)種(zhǒng)真(zhēn)空(kōng)微电子二(èr)极(jí)管(guǎn)、三(sān)极(jí)管(guǎn)可(kě)以(yǐ)在(zài)大(dà)气(qì)壓下(xià)正(zhèng)常工作(zuò)，不(bù)必对(duì)它们(men)實(shí)行排气(qì)即可(kě)獲得"真(zhēn)空(kōng)"工作(zuò) 的(de)条(tiáo)件(jiàn)（胡问國(guó)等，1993）。

• 6. 利用(yòng)掃描电鏡(jìng)的(de)柬感(gǎn)應(yìng)电流（EBIC）像和(hé)吸收(shōu)电流像 （AEI）分(fēn)别觀察 NTD 矽單晶

• 和(hé)区熔矽單晶高(gāo)壓整流元(yuán)件(jiàn) PN 結的(de)平整度(dù)、結深、耗盡区內(nèi)的(de)缺陸特(tè)征及(jí)其(qí)分(fēn)布(bù)和(hé)少(shǎo)子 擴散(sàn)长(cháng)度(dù)的(de)變(biàn)化(huà)，直(zhí)觀地(dì)顯示 NTD 矽單晶材料的(de)徑向(xiàng)和(hé)軸向(xiàng)电阻率均勻，制得的(de) PN 結比較平坦，以(yǐ)及(jí)热(rè)中(zhōng)子輻射損傷在(zài)晶體(tǐ)中(zhōng)造成大(dà)量(liàng)缺陷，这(zhè)些(xiē)缺陷使少(shǎo)子擴散(sàn)长(cháng)度(dù)和(hé)平均 壽命缩短(duǎn)。因(yīn)此，可(kě)控制中(zhōng)子輻射損傷和(hé)選用(yòng)合适的(de)退(tuì)火(huǒ)工藝消除內(nèi)部(bù)缺陷，提(tí)高(gāo) NTD 矽單晶質(zhì)量(liàng)。

• 7. 半導體(tǐ)材料中(zhōng)的(de)動(dòng)力学現(xiàn)象(xiàng)如(rú)擴散(sàn)和(hé)相變(biàn)具有(yǒu)很重(zhòng)要的(de)意(yì)義 用(yòng)掃描电鏡(jìng)跟踪鋁(lǚ)薄膜条(tiáo)在(zài)大(dà)电流密度(dù)下(xià)的(de)电遷移行为，便可(kě)以(yǐ)得到(dào)有(yǒu)關(guān)空(kōng)洞(dòng)移動(dòng)和(hé)熔化(huà)解(jiě)潤失效的(de)细(xì)节(jié)。此外(wài)，利用(yòng)能譜仪顯微分(fēn)析技術(shù)也(yě)可(kě)以(yǐ)对(duì)半導體(tǐ)材料进行各種(zhǒng)成分(fēn)分(fēn)析。