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開啟5G新時(shí)代 XPS成像技術(shù)在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用
近年來(lái)，中國(guó)已成為帶動(dòng)半導(dǎo)體市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?，隨著5G商用牌照落地并在2019年11月份正式使用，會(huì)大大推動(dòng)半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。失效分析對(duì)于提高半導(dǎo)體產(chǎn)品質(zhì)量，技術(shù)開發(fā)、改進(jìn)，產(chǎn)品修復(fù)及仲裁失效事故等方面具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。針對(duì)半導(dǎo)體器件局部失效分析，可以借助XPS成像技術(shù)及微區(qū)分析進(jìn)行表征，島津XPS配備自主技術(shù)的DLD二維陣列延遲線檢測(cè)器，可以同時(shí)記錄光電子的信號(hào)強(qiáng)度及其發(fā)射位置，亦可以在數(shù)秒的時(shí)間里獲取完整的XPS譜圖及高能量分辨的化學(xué)狀態(tài)圖像。小編帶您一起來(lái)看看XPS成像技術(shù)在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用實(shí)例吧！
實(shí)例一：引腳跡斑分析
引腳是指從集成電路(芯片)內(nèi)部電路引出與外圍電路的接線，構(gòu)成了芯片的接口。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電路板上的器件引腳間距越來(lái)越小，器件排列更加密集，電場(chǎng)梯度更大，因此電路板對(duì)引腳的腐蝕也變得越來(lái)越敏感。如下為一故障銅引腳器件，在AXIS SUPRA儀器腔體顯微鏡下可看到有一處跡斑(直徑~150μm)，通過(guò)成像技術(shù)結(jié)合微區(qū)分析技術(shù)(見圖1)，可知在該區(qū)域額外出現(xiàn)了Cl元素，對(duì)比周圍區(qū)域測(cè)試結(jié)果，推測(cè)該元素的存在是造成腐蝕的主要原因，此外O元素峰強(qiáng)也有所增加，說(shuō)明該區(qū)域氧化現(xiàn)象更為顯著。
圖1 平行成像及選區(qū)測(cè)試結(jié)果
實(shí)例二：“金手指”缺陷區(qū)域分析
“金手指”是指電腦硬件如內(nèi)存條上與內(nèi)存插槽、顯卡與顯卡插槽之間等進(jìn)行電信號(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，金手指涂敷工藝不良或由于使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致其表面產(chǎn)成了氧化層，均會(huì)導(dǎo)致接觸不良，甚至造成器件報(bào)廢。如下采用XPS分析結(jié)合平行成像技術(shù)對(duì)“金手指”區(qū)域及缺陷處進(jìn)行測(cè)試，不同視場(chǎng)成像結(jié)果見下圖2，亮度越高的區(qū)域表示Au元素含量越多。
圖2 不同視場(chǎng)下的“金手指”樣品成像結(jié)果
對(duì)缺陷部位及顯著存在Au元素部位分別進(jìn)行小束斑選區(qū)分析，測(cè)試位置見下圖3，由測(cè)試得到的全譜結(jié)果可知，兩個(gè)區(qū)域均存在一定量的F元素；在圖像中較亮區(qū)域測(cè)得結(jié)果中，Au元素為主要存在元素，表面C、O元素較少，而缺陷部位測(cè)試結(jié)果中則只具有少量的Au 4f信號(hào)，而C、O、N元素峰較為顯著，推測(cè)該缺陷部位存在一定的有機(jī)物污染。
圖3 “金手指”樣品缺陷處微區(qū)分析結(jié)果
小 結(jié)
選用XPS成像技術(shù)對(duì)半導(dǎo)體器件微區(qū)的表面元素進(jìn)行分析，可以清楚地了解各元素在器件表面的分布情況，結(jié)合污染元素組成及化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行有目的的原因排查，有助于對(duì)功能器件的質(zhì)量控制和失效機(jī)制進(jìn)行把控和解析，有效杜絕污染和器件失效發(fā)生，以達(dá)到不斷對(duì)產(chǎn)品工藝和技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化的目的。
撰稿人：崔園園
島津/Kratos X射線光電子能譜儀AXIS SUPRA+
AXIS SUPRA+的自動(dòng)化技術(shù)
● 無(wú)人值守自動(dòng)進(jìn)行樣品傳輸和交換
● 硬件自動(dòng)化控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)譜儀狀態(tài)和校準(zhǔn)
AXIS SUPRA+*的表面分析能力
● 具有高性能XPS分析、快速平行化學(xué)成像分析、小束斑微區(qū)分析
● 利用角分辨、高能X射線源、深度剖析可以實(shí)現(xiàn)從超薄到超厚的深度分析
● 多種功能附件(惰性氣體傳輸器、高溫高壓催化反應(yīng)池等)和可拓展多種表面分析技術(shù)，如紫外光電子能譜(UPS)，離子散射譜(ISS)，反射電子能量損失譜(REELS)，俄歇電子能譜和掃描俄歇電子顯微鏡(AES和SAM)等等
AXIS SUPRA+高效智能工作流程適合多用戶環(huán)境
● 高吞吐量、快速隊(duì)列樣品分析模式實(shí)現(xiàn)連續(xù)分析
● AXIS SUPRA+采用的通用表面分析ESCApe軟件系統(tǒng)使用戶與譜儀的交互簡(jiǎn)單化和智能化，可以進(jìn)行譜儀的控制、數(shù)據(jù)的采集和分析
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第62屆中國(guó)高等教育博覽會(huì)
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