12FMA實驗室分析技術(shù)

WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹FMA試驗室分析技術(shù)介紹周蘭珠2001.10.15-1-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹目錄第一章掃描電子顯微鏡分析二、固體試樣受入射電子激發(fā)產(chǎn)生的信號四、S4200分析實例其次章特征X射線能譜分析技術(shù)X射線的產(chǎn)生及分類EDS分析原理EDS分析實例介紹第三章試驗室其它分析技術(shù)介紹一、用磨角染色法分析集中層或外延層厚度附錄：《SHU267BSEM整體形貌分析報告》-2-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹一、概述

第一章掃描電子顯微鏡分析掃描電子顯微鏡，簡稱掃描電鏡〔ScanningElectronMicroscope,SEM〕。其根本原理是用聚焦的高能電子束在試樣外表逐點掃描，當電子束與樣品外表相互作用時，將激發(fā)出各種物理信號，其中包括攜帶樣品外表形貌信息的二次電子，代表了樣品外表微區(qū)化學(xué)成分的特征X射線，以及背散射電子、俄歇電子、吸取電子等。二次電子和特征X射線是掃描電鏡最常用的信息，通過對這些信號的承受處理，可進展樣品外表和剖面的形貌觀看，對微區(qū)的化學(xué)成分進展定性或半定量的分析。與其他顯微鏡相比，掃描電鏡具有以下特點：景深大掃描電鏡的景深比光學(xué)顯微鏡大幾百倍，比透射電鏡大10倍，因此特別適合于粗糙外表的分析觀看。由于景深大，圖象富有真實感、立體感，易于識別和解釋。放大倍數(shù)連續(xù)可調(diào)掃描電鏡可在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整放大倍數(shù)，一般為十幾倍到50萬倍。聚焦一經(jīng)調(diào)好，可隨便變換和連續(xù)觀看，便于低倍普查和高倍細節(jié)觀看結(jié)合進展。區(qū)分率高一般在30A-60A之間，而光學(xué)顯微鏡僅2000A。工作距離大。一般在5mm-30mm之間,一般光學(xué)顯微鏡僅2-3mm〔受試樣室入口限制〕的試樣，并且由于電鏡試樣室空間大，必要時可對樣品進展傾斜和旋轉(zhuǎn)，便于各-3-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹個角度觀看。與其他附件連接可進展多種功能分析。例如，和X射線能譜儀連接后，可在觀看微區(qū)形貌的同時進展微區(qū)成分分析。二、固體試樣受入射電子激發(fā)產(chǎn)生的信號高能電子入射固體試樣，與原子核和核外電子發(fā)生彈性和非彈性散射過程，將激發(fā)出圖1所示的各種信號 入射電子束特征X射線 二次電子Auger

〔SecondaryElectron〕背散射電子〔BackscatteredElectron〕電子束感生電流(ElectronBeamInducedCurrent〕

Specimen

吸取電子〔AbsorbElectron〕圖1.電子束作用于樣品外表時產(chǎn)生的信息下面介紹掃描電鏡用做外表觀看時常用的信號。二次電子〔SecondaryElectron〕入射電子將固體樣品原子的核外電子擊出，使原子電離，這個過程稱單電子激發(fā)。二次電子是單電子激發(fā)過程中，被入射電子激發(fā)出的樣品原子的核外電子。絕大局部二次電子來自于價電子激發(fā)，因而其能量很低，一般都小于50ev，能量分布的峰值約在25ev左右(見圖2)。由于100A感。通常，二次電子是SEM分析用作形貌觀看時最常用的信息。-4-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹背散射電子背散射電子是入射電子進入試樣后，被試樣表層原子散射，又重反射出來的一局部入射電子，分為彈性和非彈性背散射電子。前者指入射電子受到原子核大角度散射后又反射回來，僅改變了運動的方向，無能量損失。后者指入射電子與核外電子發(fā)生非彈性散射，如激發(fā)等離子、軔致輻射、內(nèi)層電子激發(fā)、價電子激發(fā)等，使入射電子的能量不同程度地受到損失，經(jīng)過屢次散射后，又從外表反射回來。因此，非彈性背散射電子既轉(zhuǎn)變了運動方向，又有不同程度的能量損失。利用背散射電子成像時，承受的信號是從1000-10000A試樣深度內(nèi)背射出來的電子，因此，背散射電子像反映試樣外表較深處的狀況。電子束感應(yīng)電流高能電子被固體樣品吸取時，將在樣品中激發(fā)產(chǎn)生很多自由電子和一樣數(shù)量的正離子，即形成電子、空穴對。由于半導(dǎo)體中，電子空穴對復(fù)合時間較長，如在試樣上加一電場，它們將向相反電電子束感應(yīng)電流。利用外部檢測電路收集并放大這用該圖象，可進展半導(dǎo)體集成電路的失效分析，如晶體缺陷、PN結(jié)剖面構(gòu)造、電路局部失效等。-5-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹在掃描電鏡中，利用相應(yīng)探測器收集上述信號，轉(zhuǎn)化成圖象后，就可得到試樣的外表信息。三、S4200掃描電鏡的工作原理S4200掃描電鏡的構(gòu)造S4200掃描電鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信號檢測與圖象顯示系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等組成〔3〕。⑴電子光學(xué)系統(tǒng)3.掃描電鏡的構(gòu)造原理電子光學(xué)系統(tǒng)由電子槍、電磁透鏡、光闌、物鏡及試樣室等部件組成。其作用是產(chǎn)生微細電子束，作為激發(fā)源使試樣外表產(chǎn)生各種電子信息。S4200承受的是冷場放射電子槍，具有陰極源尺寸小，區(qū)分率高，亮度高，使用壽命長的特點。⑵掃描系統(tǒng)-6-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹掃描系統(tǒng)由掃描信號發(fā)生器、掃描放大掌握器及掃描偏轉(zhuǎn)線圈等組成。其作用是供給掃描信號，使入射電子束在樣品外表、顯象管電子束在顯示屏上同步掃描。⑶ 信號檢測與圖象顯示系統(tǒng)由不同的信號探測器與圖象顯示單元組成，其作用是探測試樣在入射電子束作用下產(chǎn)生的信號，經(jīng)視頻電路放大，作為顯像管的調(diào)制信號，并在屏幕上顯示出來。S4200X射線能譜分析探測器，主要用于試樣的外表、剖面形貌觀看及微區(qū)成分分析。⑷真空系統(tǒng)在掃描電鏡中，為了避開或削減電子束與雜散氣體分子碰撞及樣品外表被污染，電子光學(xué)系統(tǒng)和樣品室必需保持在高真空狀態(tài)下。由于S4200是場放射掃描電鏡，其電子槍的鎢晶尖簡潔因S4200的真空由機械泵、油集中泵及離子泵三級真空系統(tǒng)組成。其中機械泵和油集中泵負責樣品交換室和樣品室的真空〔10-3Pa〕，離子泵負責電子槍腔體內(nèi)的真空〔10-5-10-7Pa〕。工作原理如圖3所示，從電子槍陰極放射出的電子束，受陽極電壓加速，經(jīng)電磁透鏡作用，在樣品外表聚焦成小至1-10nm的入射電子束。在掃描線圈的作用下，電子束在樣品外表作光柵狀掃描。高能電子與試樣外表相互作用，產(chǎn)生二次電子等信號，由檢測器承受，經(jīng)放大器放大并送到顯像管陰極射線管的柵極，用來調(diào)制顯像管的亮度，在顯示屏上獲得其襯度與信號強度有對應(yīng)關(guān)系的圖像。掃描發(fā)生器產(chǎn)生的鋸齒波信號同步地送入電子光學(xué)系統(tǒng)中的掃描線圈和顯象管的掃描線圈上，因此，兩者的電子束作同步掃描。所以，試樣的外表形貌與顯示屏上的圖象是完全對應(yīng)的。形貌觀看時二次電子成象的根本原理-7-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹由于樣品外表的凹凸不平、凹凸不齊，當電子束照耀到樣品上，不同點的作用角也不同。如圖4所示，電子束在樣品外表的入射角越大，激發(fā)產(chǎn)生的二次電子數(shù)就越多。另外，由于入射角方向的不同，二次電子向空間散射的角度和方向也不同，因此，在樣品的凸出局部和面對探測器方向的二次電子就多一些，而樣品的凹處和背向探測器方向的二次電子就少一些?？傊嚇游^(qū)的凹凸、外形、位置和傾斜方向等這些與外表形貌親熱相關(guān)的因素，最終就變成了不同強度的二次電子信息。電子束在樣品外表逐點掃描，就在相應(yīng)部位產(chǎn)生不同數(shù)量的二次電子，反響在顯示屏上就是一組亮暗不同的象素，由這些象素組成完整的二次電子圖象。圖4二次電子產(chǎn)生率與電子束入射角的關(guān)系S4200對樣品分析的要求⑴具有肯定導(dǎo)電性能的固體樣品，以避開樣品荷電引起放電，降低圖象質(zhì)量。S4200的SEMSEM分析。四、S4200SEM分析實例-8-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹在線工藝監(jiān)控——QC片的分析依據(jù)生產(chǎn)線上工藝設(shè)備掌握打算，定期監(jiān)控各關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的工藝結(jié)果。主要包括多晶〔Policide〕、Al、接觸孔、通孔、光刻膠的剖面形貌及CVDBPSG回流角的監(jiān)控等。⑴PolyPolicide工藝監(jiān)控PhotoresistPhotoresistPoly圖5. P5K-PolyA腔的Poly剖〔2001.7〕⑵接觸孔、通孔及MetAl形貌監(jiān)控圖7.有源區(qū)上的接觸孔剖面〔2001.9〕-9-

WSi2Poly圖6.P5K-PolyA腔的Policide剖面〔2001.7〕圖8.Poly上的接觸孔剖面〔2001.9〕TiNAlTiNWuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹單項工藝試驗片的分析分析各工序工程師為菜單調(diào)試、材料更換、設(shè)備匹配等所做的各類工藝試驗片。⑴AlSiCu外表晶粒構(gòu)造試驗MAG：50K11.3912300℃時的AlSiCu晶粒構(gòu)造

MAG：50K12.3290300℃時的AlSiCu晶粒構(gòu)造圖1112所示的是濺射兩臺設(shè)備Endura3912Varian3290在300℃時所濺AlSiCu晶粒構(gòu)造的外表形貌。由圖中看出，3290由于設(shè)備真空度低，Al外表粗糙，有很多麻點孔，而3912所濺的Al則外表光滑，平坦，晶粒均勻。工藝開發(fā)、品研制、整體形貌分析⑴SOG工藝開發(fā)SOG圖13.SOG-

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圖14.優(yōu)化工藝后，SOG填充正常，WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹從圖13、14中看出，SOG工藝開發(fā)初期，由于其填充性差，在TEOS淀積后形成的“瓶肩”處消滅空洞。在優(yōu)化工藝后，該問題已得到解決。⑵0.5umFlash電路品開發(fā)圖15和圖5.0.FHL孔開發(fā)過程中的兩6.變1低1淀積13000A的BPTEOS后高溫回流，再干法回蝕介質(zhì)一至6000CELEL孔厚Al孔未開通。圖16中介質(zhì)一淀積10000A的BPTEOS后，同樣進展高溫回流和介質(zhì)回蝕工藝，由于降低了介質(zhì)一的厚度，同時進展了孔腐蝕工藝的優(yōu)化，因而獲得了抱負的接觸孔形貌和Al臺階掩蓋。⑶整體形貌分析MOS集成電路各關(guān)鍵層次的物理構(gòu)造是否正常，是電路能否正常工作的打算性因素之一，因此，在品開發(fā)成功后、成熟的產(chǎn)品參數(shù)測試消滅較多特別時或有工藝特定需要時，常常有必要做SEM整體形貌分析，以便全面觀看評介電路各部位的物理構(gòu)造。通常，常規(guī)的整體形貌分析工程有三局部組成。Ⅰ.膜厚分析主要包括場氧、多晶、介質(zhì)、金屬層和鈍化層等關(guān)鍵層次的膜厚測量。Ⅱ.線寬分析主要包括多晶連線、多晶柵、Al引線等條形構(gòu)造的條寬和間距、接觸孔和通孔的尺寸等參-11-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹數(shù)的分析。Ⅲ.其他分析包括鳥嘴和Spacer尺寸、Poly和Spacer腐蝕時在場氧及有源區(qū)上的過腐蝕量、Al腐蝕時在Al條密集區(qū)和開闊區(qū)的過腐蝕量、接觸孔的金屬臺階掩蓋等等。除了常規(guī)局部的分析外，整體形貌分析時還需依據(jù)不同的電路，對其特別的構(gòu)造進展具體的分析。如存儲器電路CELL區(qū)的構(gòu)造、高壓電路高壓MOS管的構(gòu)造等。隨著公司品電路的不斷開發(fā)，對各種電路特別構(gòu)造的分析顯得更為重要。見附錄：《SHU267BSEM在線特別、客戶反響及參測特別片的分析分析實例：CS4005金屬二位移圖17.金屬二刻蝕去膠后顯微鏡下發(fā)-12-

圖18。特別片的SEM分析圖片19.SEM分析覺察，Al條位移的直接緣由WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹圖17、18、19是生產(chǎn)線2000年6月消滅的一種特別狀況的分析圖片。0.6um雙多晶雙鋁工藝的CS4005電路，金屬二的構(gòu)造為Ti500A〔室溫〕+HOTAl2〔400℃〕。在Al去膠、清洗后的顯微鏡檢查時，覺察了金屬二位移的特別〔圖17〕。SEM分析時覺察圓片的管芯內(nèi)消滅嚴峻的Al條漂移，很多本該有Al引線的地方只見到了因Al刻蝕過而留下的痕跡；有的Al條移到接近的Al條上，消滅“搭橋”〔圖18〕。進一步分析覺察，Al條位移的直接緣由在于Al下的浸潤層Ti被侵蝕，導(dǎo)致金屬層底部與介質(zhì)二外表接觸面積太小，在受到外力作用時消滅Al條漂移〔圖19〕。經(jīng)過一系列工藝試驗，最終覺察，Ti被腐蝕是由于Al去膠后，為了去除腐蝕和去膠時產(chǎn)生的聚合物，而承受了EKC265清洗液，這種清洗液對于室溫下濺的Ti具有腐蝕性。后改用了對室溫濺Ti根本無腐蝕性的EKC270清洗液，該問題得到解決。關(guān)于掃描電鏡的分析，簡潔介紹到這里。其次章特征X射線能譜分析技術(shù)一、概述特征X射線能量色散譜儀，簡稱能譜儀〔EnergyDispersiveSpectrum，EDS〕，是按X射線能量不同開放譜圖的器。作為掃描電鏡的附加裝置，其主要用途在于對試樣外表進展微區(qū)成分的分析。能譜儀工作的根本原理是用高能電子束作用于需要分析的試樣外表微區(qū)，激發(fā)出樣品元素的特X射線，通過對X射線能量的分析，確定樣品微區(qū)的化學(xué)組成。與常規(guī)的化學(xué)分析的區(qū)分是：不需要將試樣溶解，從這個意義上講，能譜分析是非破壞性分析。常規(guī)化學(xué)分析的結(jié)果是試樣的平均成分，而能譜分析的結(jié)果是um數(shù)量級的微區(qū)成分。-13-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹X射線的產(chǎn)生及分類X射線的產(chǎn)生第一章中講到，當高能入射電子束與樣品外表相互作用時，將會產(chǎn)生很多電子信息，其中有一種X射線。依據(jù)其產(chǎn)生過程，可分為兩種類型：⑴軔致輻射入射電子在由原子核和嚴密束縛的核外電子所組成〔稱之為原子實〕的庫侖場中減速，失去的能量轉(zhuǎn)化為X射線光子。由于每個入射電子距原子核距離不一樣，能量損失也不一樣，于是形成了能量連續(xù)的X射線譜，這個過程稱為軔致輻射。⑵放射特征X射線當入射電子的能量足以抑制內(nèi)殼層電子的結(jié)合能時，將把內(nèi)殼層電子擊出，使原子處于高能量的激發(fā)態(tài)，并在電子殼層留下空位。由于這時原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，外層電子將會躍遷，去填補這個空位，由于電子躍遷過程是從高能量到低能量狀態(tài)的變化，所以其多余的能量將以放射X射線〔或俄歇電子，在此不做具體介紹〕的形式釋放出來。又由于放射X射線的能量與原子能級間的能量差有關(guān)，其能量具有元素的特征值，因而稱為特征X射線。X〔X射線進展元素成分的分析，所以稱這種分析技術(shù)為特征X射線能譜分析〕。X射線的分類當樣品外表受到高能電子束的作用，產(chǎn)生單電子激發(fā)時，樣品原子處于電離的激發(fā)態(tài)。我們知道，依據(jù)量子力學(xué)理論，原子核外電子的能量是不連續(xù)的，其運動狀態(tài)可用4個量子數(shù)描述，分別為主量子數(shù)、K、L、M、O、N等。除K層有三個支殼層，-14-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹M層有五個支殼層。因此，不難理解，當原子電離使某殼層產(chǎn)生空位時，填補這個空位的電子躍遷通常來自一個以上的外殼層。20中所示，當K層電離后，L層和M層的電子都有可能去填補這個空位，由于這些殼層處于不同的能級，所以，將 導(dǎo)帶產(chǎn)生不同能量的X射線，分別命名為Kα和Kβ射線。一般由KM層電離產(chǎn)生的一組X射線稱為K系譜線。同理，由L層或M層電離產(chǎn)生的分別稱為L系或M系譜線。另外，為了區(qū)分由不同的支殼 LK層所產(chǎn)生的X射線，Kα或Kβ射線又可進一步細分為1支殼層躍遷〕、Kα

2〔從

L2支殼層躍遷〕。而Kβ也可分為Kβ1

Kα1 Kβ120.Kα〔從M3支殼層躍遷〕、Kβ2〔從N2、N3支殼層躍遷〕、Kβ3〔M2〕、Kβ4〔N5〕等。量子力學(xué)理論指出，原子體系中電子在各能級之間的躍遷，應(yīng)滿足的肯定量子條件，稱為選擇定則。這些條件是：Ⅰ、主量子數(shù)的轉(zhuǎn)變不等于0，即屬于同一殼層的電子不能躍遷。Ⅱ、角量子數(shù)的轉(zhuǎn)變等于±11的能級之間也不能躍遷。三、EDS分析原理能譜儀的組成試驗室S4200掃描電鏡所配的能譜儀由英國牛津顯微儀器公司生產(chǎn)，其根本組成的示意圖如下：21中看出，能譜儀由鋰漂移硅Si〔Li〕-15-圖22. Si〔Li〕晶體探測器構(gòu)造WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹探測器、高壓電源、信號放大器、多道分析器、計算機等部件組成。Si〔Li〕探測器Si〔Li〕探測器〔能譜探頭〕X射線能量、強度轉(zhuǎn)換為電脈沖的傳感器〔22〕。其構(gòu)造共分三層：中間是活性區(qū)〔I區(qū)〕，PSiLi制成的，具有高的電阻率；IP型半導(dǎo)體，N型半導(dǎo)體，所以，Si〔LI〕探測器實際是一個P-I-N型二極管。透光性強的超薄膜窗口安裝在Si〔LI〕晶體前面，對其起到密封和保溫的作用。Si〔LI〕探頭和場效應(yīng)管前置放大器必需保持在液N2冷卻的低溫狀態(tài)，否則，晶體內(nèi)Li的濃度將因集中而變化，使其性能下降甚至完全被損壞。液氮i

圖21. 能譜儀的根本組成LinkIsis能譜儀的工作原理-16-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹能譜的形成過程如下：X光子，經(jīng)超薄窗口進入Si〔Li〕探測器中。在I區(qū)，硅原子吸取一個X光子，就釋放一個光電子，該光電子在隨后的非彈性散射過程中，又釋放出絕大局部能量，形成電子空穴對。每產(chǎn)生一對電子、空穴對，要消耗掉X光子3.8eV的能量，因此，每一個能量為E的入射光子產(chǎn)生的電子、空穴對的數(shù)目為N=E/3.8eV。加在Si〔LI〕上的偏壓，將電子、空穴對收集起來，每入射一個光X光子能量E。電荷脈沖經(jīng)前置放大器、信號處理單元和AD轉(zhuǎn)換器，以時鐘脈沖形式進入多道分析器。多道分析器是由很多存儲單元〔稱為通道〕組成的存儲器，它將每一個輸入脈沖按其高度分別歸入相應(yīng)的通道，由于脈沖高度正比于X光子的能量，所以每個通道代表不同的能量，而通道的計數(shù)為X光子數(shù)。這樣，就得到了以通道〔能量〕為橫坐標，通道計數(shù)〔強度〕為縱坐標的X射線能量色散譜圖。能譜儀的主要性能⑴分析元素范圍一般探測器前有鈹窗的能譜儀分析元素范圍為11Na-92U。我們試驗室的能譜儀使用超薄窗構(gòu)造，因5B-92U。⑵區(qū)分率ΔE指分開或識別相鄰兩譜峰的力量。一般用峰的半高寬〔峰最大高度一半處的寬度〕，F(xiàn)WHM來衡量。半高寬越小，區(qū)分率ΔE越高。150ev左右。⑶探測極限能譜儀能分析出的最小百分濃度稱為探測極限。該指標與元素種類、樣品成分、譜儀類型、試驗條0.1-0.5%WT〔重量百分比濃度〕。-17-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹⑷分析速度能譜儀的突出優(yōu)點是數(shù)據(jù)采集和處理快，一般從采集譜峰至全部能譜顯示出來，僅需幾分鐘。比起其它譜儀分析設(shè)備，更適合做大能量范圍、連續(xù)承受信號的定性分析。衡量能譜儀的性能指標，另外還有：幾何收集效率、量子效率、瞬間承受范圍、最小電子束斑直徑、譜的失真等。在此不一一介紹了。四.EDS分析實例介紹1.金屬二外表“梅花斑”狀特別分析2000年7月，生產(chǎn)線上覺察0.6um、雙多晶、雙鋁工藝的TCM809產(chǎn)品，在金屬二外表消滅類似“梅花斑”外形的外表特別。顯微鏡下觀看，金屬外表有較密集的黑點缺陷，放大后看，黑點形貌類似梅花花瓣。當時的金屬二構(gòu)造為：2300ATiN〔常溫〕+10000AAl〔325℃〕+500ATiN。SEM分500ATiNAl之間，似乎有Si22、23所示。圖23.金屬二外表“梅花斑” 圖24.“梅花斑處TiN和Al2間似有Si析出對“梅花斑”和正常的金屬外表進展EDS24所示。圖25中，橫坐標表示特征X射線的能量；縱坐標表示樣品外表層中所含元素發(fā)出的特征X射-18-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹線的強度，也即定性地表示了其所含元素的含量。其中，黃色譜圖為梅花斑處的金屬二外表；紅線表示的則是正常的金屬二外表。比較譜圖可覺察，兩者的區(qū)分主要在于Si元素含量的差異---梅花斑處Si含量較正常外表高。這證明白TiNAl之間析出的晶體就是Si，由于該處富集了Al膜中析出的Si，導(dǎo)致金屬外表消滅向上鼓起的“梅花斑”特別。圖25.梅花斑和正常的金屬二外表能譜第三章試驗室其它分析技術(shù)介紹一、用磨角染色法分析集中〔注入〕層或外延層厚度原理計算出集中層的厚度。25L，斜面與樣品原外表夾角為α，則斜面-19- 圖25。磨角染色法示意圖WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹PNα，那么，薄層厚度Xj=L*SiNα染色機理色后斜面上集中層〔或外延層〕相對于襯地表現(xiàn)出不同的顏色。⑴ P加HNO3 腐蝕液。其中HNO3為氧化劑，作用是使拋光后暴露的Si外表原子被氧化；HF為絡(luò)合劑，其作用是溶解已生成的SiO2，反響式如下：Si+HNO3→SiO2+NOSiO2+HF→H2SiF6+H2O⑵NBurgessⅠBHFHAC溶液混合ⅡHNO3 1/20HF其中，溶液Ⅰ主要用于腐蝕斜面上Si外表的自然氧化層，溶液Ⅱ是主腐蝕液，因此，掌握好樣品在溶液Ⅱ中的腐蝕時間可取得良好的染色效果。適用范圍⑴導(dǎo)電類型與襯底相反的任意電阻率的Si材料樣品。⑵導(dǎo)電類型與襯底一樣、但電阻率至少相差一個數(shù)量級以上。⑶薄層厚度在0.5um以上。分析的重復(fù)性與準確性-20-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹⑴重復(fù)性一般假設(shè)對每個分析試樣平行測定兩次〔即每個試樣做二個樣品〕，取平均值作為最終分析結(jié)果，則相對標準偏差在10%以內(nèi)。對于對分析結(jié)果有特別精度要求的樣品，可通過增加平行測定次數(shù)〔如每個試樣做四個樣品〕的方法來削減測量偏差，這時最終分析結(jié)果的相對標準偏差可掌握在5%以內(nèi)。⑵準確性目前，依據(jù)試驗數(shù)據(jù)和理論推算，覺察分析的準確性在0.05±0.05T〔um〕之間。這里T表示薄層的厚度關(guān)于用磨角染色法分析集中層厚度就簡潔介紹到這里。詳情請見《用磨角染色法分析PN結(jié)深》一文。二、陽極氧化分析技術(shù)試驗原理將分別接到直流電源正、負極的待分析Si片和Cu片，放5%HF50mLHAC〔醋酸和純水所組成HF電解液中，對Si片進展了陽極偏置，Si片將和HF覺察電化學(xué)反響，失去電子而被氧化：Si + 2HF －2e → SiF2 + 2H+SiF2是一種不穩(wěn)定的物質(zhì)，極易分解生成穩(wěn)定的SiF4：2SiF2→Si + SiF42 4 SiF4將進一步和HF反響，生成可溶于水的HSiFSiF+2HF H2 4 2 6

26.陽極氧化試驗原理由于圓片上電路各部位，如N阱、P阱、N+、P+N-、P-等區(qū)域摻雜濃度和摻雜類型的不同，它們發(fā)生電化學(xué)反響的速率也不同。因此，假設(shè)能正確地選擇陽極氧化反響的條件，就可使樣品外表上述各區(qū)域顯-21-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹示出不同的顏色。通過顯微鏡下或SEM的觀看，就可對電路各區(qū)域的平面參數(shù)，如有源區(qū)的尺寸，溝道長度等進展分析。除此之外，由于導(dǎo)電的有害缺陷會加速上述電化學(xué)腐蝕反響的進展，陽極氧化技術(shù)還可用于提醒圓片上存在的一些電激活缺陷。分析實例以下一組圖片分別是圓片RL5549-1094B電路全剝后進展陽極氧化試驗的顯微鏡和SEM分析圖片。由ESDSEM分析時還可測量出有源區(qū)尺寸、接觸孔大小、溝道長度等重要的物理尺寸，供電路設(shè)計和工藝集成工程師參考。圖27、28 陽極氧化試驗顯示了RL5549B-1094電路ESD構(gòu)造在Si襯底上的雜質(zhì)分布可清楚地29.RL5549B-1094外圍電路的雜質(zhì)分布-22-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹ActiveContactChannel圖3、31 RL5549B1094B陽極氧化后的SEM圖片致謝：極氧化分析技術(shù)初期也賜予了很多指導(dǎo)，在此表示誠意地感謝！參考資料：InstructionManuAlforMODELS-4200FieldEmissionScanningElectronMicroscope HITACHI物理檢測機械電子工業(yè)部理化分析人員培訓(xùn)教材掃描電子顯微術(shù)姚駿恩主編TheoryofScanningElectronMicroscope SEMTrainingmateriAl集成電路制造技術(shù)原理與實，電子工業(yè)出版社；電子能譜根底 潘承璜 趙良仲編寫半導(dǎo)體器件牢靠性與失效分析 張安康主編-23-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹附錄：SHU267BSEM作者：周蘭珠摘 要SHU267BSEM—高NMOSSEM。正 文一、產(chǎn)品信息：SHU267B是用于熱敏打印機上的驅(qū)動電路，電路承受了工作電壓大于34V高壓輸出管-24-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹6寸1.5umSPSMCMOSN二、樣品信息：圓片批號及片號：SHU267B616OGG7P8#在線特別記錄：PAD專檢時，圓片因平邊對面局部區(qū)域有殘膠及嚴峻的鈍化層沾污被剔片。MOSBHFSEM三、SEMⅠ、常規(guī)物理構(gòu)造場氧、多晶及鳥嘴Poly-gatewidth：2.18umB.Blength：0.50umPolyconnect:2.678um

圖1.3

2.-25-WuxiCSMC-HJCo.,Ltd.無錫華晶上華半導(dǎo)體Title:FMA試驗室分析技術(shù)介紹Pol