扫描电子显微镜在半导体行业的应用
发表时间：2021-12-27 点击次数：1830 关键词：扫描电子显微镜 扫描电镜 上海百贺
半导体器件的性能和稳定性很大程度上受表面的微观状态影响，在切割、研磨、抛光以及各种化学试剂处理等工序下，器件表面的结构会产生很大变化，所以几乎每一个半导体工艺之后都需要专用的检测设备观察或测量半导体器件的微观形貌。半导体工艺中对扫描电子显微镜的需求主要有两大方向：一是发挥其放大功能，对IC器件的正面结构进行实时检测；二是利用其剖面分析功能，并与样品制备技术有机结合，系统地分析IC工艺及器件的剖面复合结构，为生产及研发提供其他测试分析仪器所无法提供的直接测量。
扫描电子显微镜（SEM）主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用很细的电子束去扫描样品，通过探测由入射电子轰击样品表面激发出来的电子信号，达到对物质微观形貌的表征。扫描电子显微镜可以观察到半导体材料的形貌特征，也可以通过观察材料在循环过程中发生的形变，判断其对应的循环保持能力。
图一：扫描电镜原理示意图
质量监控与工艺诊断
硅片表面污染常常是影响微电子器件生产质量的严重问题。扫描电镜可以检查和鉴定污染的种类、来源，以帮助进行污染溯源，如果配备 X 射线能谱仪，在观察形态的同时，可以分析污染物的主要元素成分。同时，使用扫描电镜还可以检查硅片表面残留的涂层或均匀薄膜，也能显示其异质结构。
图二：KYKY扫描电镜在半导体缺陷分析中的应用（质量监控）
器件分析
扫描电镜可以对器件的尺寸和一些重要的物理参数进行分析，如结深、耗尽层宽度，少子寿命、扩散长度等，对器件的设计、工艺进行修改和调整。扫描电镜二次电子像可以分析器件的表面形貌，结合纵向剖面解剖和腐蚀，可以确定 PN 结的位置和深度。利用扫描电镜束感生电流工作模式，可以得到器件结深、耗尽层宽度、MOS 管沟道长度，还能测量扩散长度、少子寿命等物理参数。
图三：KYKY扫描电镜在半导体测量分析的应
失效分析和可靠性研究
半导体器件失效分析就是通过对失效器件进行各种测试和物理、化学、金相试验，确定器件失效模式，分析造成器件失效的物理和化学过程 ，寻找器件失效原因。大部分器件的失效与金属化有关，如台阶断铝、铝腐蚀、金属膜划伤等。扫描电镜是失效分析和可靠性研究中很重要的分析仪器，可观察研究金属化层的机械损伤、金属化裂缝和化学腐蚀等问题。
图四：KYKY扫描电镜在半导体断面分析的应用
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