6 微分析技術
微分析是對電子元器件進行深入分析的技術。元器件的失效同所用材料的化學成分、器件的結構、微區的形貌等有直接關係。失效也與工藝控制的起伏和精確度、材料的穩定性及各種材料的理化作用等諸多因素有關。為了深入了解和研究失效的原因、機理、模式, 除了採用上述技術外, 還要把有關的微區情況弄清楚, 取得翔實的信息。
隨著元器件所用材料的多樣化, 工藝的複雜和精細化,尺寸的微細化, 對微分析的要求越來越迫切。目前在國外已廣泛應用這項技術作可靠性和失效分析。改革開放以來,我國引進大量大型分析測試儀器, 已完全具備了開展微分析的條件。
微分析技術是用電子、離子、光子、雷射束、X) 射線與核輻射等作用於待分析樣品, 激發樣品發射出電子、離子、光子等, 用精密的儀器測出它們的能量、強度、空間分布等信息, 從而用來分析樣品的成分、結構等。
微分析工作的第一步, 多數是看形貌, 看器件的圖形、線系以及定位失準等。為此可用掃描電鏡( SEM) 和透射電子顯微鏡( STM) 來觀測, STM 的放大倍數可達幾十萬倍, 幾乎能分辨出原子。
為了了解製作元器件所用的材料, 可用俄歇電子能譜(AES) 、二次離子質譜( SIMS) 和X 一光光電子譜( XPS)等儀器進行探測。還可在使用SEM 和STM 作形貌觀察時,用它們附帶的X 一光能譜或波譜作成份分析。AES 還能給出表面上成份分布。為了了解成分的深度分布, AES 和XPS 等儀器還有離子槍, 邊作離子刻蝕邊作成分測試, 便可得知成分按深度如何分布。為了得到更高的橫向解析度,作AES 測試時, 電子束的焦斑要小, 要用小光斑的XPS.
電子元器件所用的材料包括從輕元素到金鉑和鎢等重元素,探測不同的元素常常採用不同的儀器。如用AES 探測輕元素時, 就不那麼靈敏。
器件檢測的一個重要方面是對薄膜和襯底的晶體結構進行分析, 包括了解襯底的晶體取向, 探測薄膜是單晶還是多晶, 多晶的擇優取向程度, 晶粒大小, 薄膜的應力等,這些信息主要由X 一光衍射( XRD) 儀來獲取。轉靶X 一光衍射儀發出很強的X 一射線, 是結構探測很靈敏的儀器。SEM 和STM 在作形貌觀察的同時, 還能得到有關晶體結構的信息, 如觀察薄膜的晶粒。還可在STM 上作電子衍射, 它比普通的X 一光衍射更加靈敏。