SEM掃描電鏡在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用介紹

掃描電鏡在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，它作為半導(dǎo)體行業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵檢測工具，正發(fā)揮著越來越重要的作用。以下是對SEM掃描電鏡在半導(dǎo)體行業(yè)中應(yīng)用的詳細(xì)介紹：

一、質(zhì)量檢測與工藝診斷

硅片表面污染檢測：硅片表面污染是影響微電子器件生產(chǎn)質(zhì)量的嚴(yán)重問題。掃描電鏡可以檢查和鑒定污染的種類、來源，幫助清除污染。如果配備X射線能譜儀（EDS），在觀察形態(tài)的同時，還可以分析污染物的主要元素成分。

涂層與薄膜檢查：SEM掃描電鏡可以檢查硅片表面殘留的涂層或均勻薄膜，顯示其異質(zhì)結(jié)構(gòu)，確保涂層或薄膜的均勻性和完整性。

金屬化質(zhì)量檢查：在器件加工中，掃描電鏡可以檢查金屬化的質(zhì)量，如SiO2、PSG、PBSG等鈍化層臺階的角度，以及臺階上金屬化的形態(tài)，這關(guān)系到器件的成品率和可靠性。

工藝精度控制：當(dāng)IC的加工線條進(jìn)入亞微米階段，為了生產(chǎn)出亞微米電路所需的精密結(jié)構(gòu)，可以利用SEM掃描電鏡進(jìn)行工藝檢查，控制精度在納米數(shù)量級。

表面損傷分析：在機械加工過程中，會引起表面層的晶格發(fā)生損傷。利用掃描電鏡中產(chǎn)生的特征衍射圖樣的變化，可以直觀而靈敏地看到表面的結(jié)構(gòu)狀況以及晶格結(jié)構(gòu)完整性在不同深度上的分布，從而確定表面損傷程度。

二、器件分析

尺寸與物理參數(shù)測量：SEM掃描電鏡可以對器件的尺寸和一些重要的物理參數(shù)進(jìn)行分析，如結(jié)深、耗盡層寬度、少子壽命、擴散長度等，這些參數(shù)對器件的設(shè)計、工藝修改和調(diào)整至關(guān)重要。

表面形貌分析：掃描電鏡的二次電子像可以分析器件的表面形貌，結(jié)合縱向剖面解剖和腐蝕，可以確定PN結(jié)的位置和深度。

溝道長度測量：對于1nm以下的短溝道器件檢測，可用類似于測量耗盡層寬度的方法，利用SEM掃描電鏡的束感生電流（EBIC）工作模式，通過電子束對MOS場效應(yīng)管進(jìn)行掃描，得到束感生電流曲線，從而得知場效應(yīng)管的溝道長度。

三、失效分析和可靠性研究

金屬化失效分析：相當(dāng)多器件的失效與金屬化有關(guān)，如電遷移、金屬化與硅的接觸電阻、鋁中硅粒子、鋁因鈍化層引起應(yīng)力空洞等。掃描電鏡可以用于觀察和分析這些失效現(xiàn)象，幫助定位失效原因。

PN結(jié)缺陷分析：用SEM掃描電鏡的電壓襯度和束感生電流可以觀察PN結(jié)中存在的位錯等缺陷，這些缺陷可能導(dǎo)致漏電流大、軟擊穿、溝道、管道等電性能問題。

CMOS器件問鎖效應(yīng)分析：CMOS器件的問鎖效應(yīng)（latch-up）是嚴(yán)重影響CMOS電路安全使用的失效機理。掃描電鏡中的靜態(tài)電壓襯度和閃頻電壓襯度可以用于觀察分析整個電路中哪些部分發(fā)生了問鎖現(xiàn)象。

四、電子材料研制分析

SEM掃描電鏡在電子材料研制中也發(fā)揮著重要作用。例如，應(yīng)用掃描電鏡研究消磁用熱敏電阻的顯微形貌，可以揭示材料的粒徑分布、晶粒形態(tài)等信息，為優(yōu)化制備工藝和提高材料性能提供依據(jù)。

五、半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域的應(yīng)用

微觀結(jié)構(gòu)觀察與分析：在半導(dǎo)體封裝工藝的開發(fā)階段，SEM掃描電鏡被廣泛應(yīng)用于微觀結(jié)構(gòu)的觀察與分析。通過掃描電鏡，研究人員可以清晰地看到封裝材料的界面結(jié)構(gòu)、層間連接情況以及封裝過程中可能產(chǎn)生的缺陷，如氣泡、裂紋、分層等。這些信息對于優(yōu)化封裝工藝、提高產(chǎn)品良率至關(guān)重要。

質(zhì)量控制：在生產(chǎn)線上，SEM掃描電鏡被用于對封裝后的芯片進(jìn)行全面形貌檢查，確保無缺陷產(chǎn)品的流出。同時，掃描電鏡還能對封裝層進(jìn)行層析成像，揭示封裝內(nèi)部的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，為質(zhì)量控制提供可靠依據(jù)。

失效分析：當(dāng)半導(dǎo)體封裝產(chǎn)品出現(xiàn)失效時，SEM掃描電鏡可以用于快速準(zhǔn)確地找到失效原因。通過掃描電鏡觀察失效樣品，可以定位缺陷位置，并分析缺陷的形貌、成分及產(chǎn)生機制，為失效機理的推斷提供關(guān)鍵證據(jù)。

綜上所述，SEM掃描電鏡在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用涵蓋了質(zhì)量檢測、器件分析、失效分析、電子材料研制以及半導(dǎo)體封裝等多個方面，為半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持。