半导体分析用EDS简介

摩尔定律指出，集成电路中的晶体管数量每两年翻一番。近50年来，这一观察一直在推动半导体行业的发展，因为他们努力在相同的空间内制造更小的半导体器件。作为现代技术进步的非凡壮举，我们已经看到MOSFET节点的尺寸从20世纪70年代的10微米减小到2020年的5纳米。由于半导体器件利用电子传输通过一系列不同的材料，这是至关重要的量化半导体器件中存在哪些元素，并获取这些元素的光谱图像来测量临界厚度值。

在扫描电镜下获得了3 kV的去层NAND器件。

这些测量可使用扫描电子显微镜(扫描电镜)或透射电子显微镜(TEM)取决于特征大小和所需的分析水平。能量色散谱学(EDS)是该分析的一个组成部分，因为它允许用户表征材料，测量材料层的厚度，并识别任何错误的材料。EDS分析可将样品归纳为三大类:散装SEM、STEM-SEM和S/TEM。

批量扫描电镜

批量扫描电镜分析可以检查整个样品或整个样品的一部分，例如晶圆的横截面。随着组件尺寸的减小，我们看到低kV EDS分析的增加，因为这允许用户优化他们的显微镜和EDS图的空间分辨率。对于这些样品，我们推荐Ultim®极端探测器，因为该探测器已经过优化，可在短工作距离内操作，允许用户在不牺牲x射线计数率的情况下实现更大的空间分辨率。块体SEM分析的主要限制是空间分辨率，通常限制在> 10 nm的特征，这是块体材料中x射线相互作用体积的结果。

使用Ultim Extreme对散装去层NAND器件进行3 kV EDS映射。在EDS映射中可以清楚地看到20 nm的特征，并观察到Si和W之间成功的峰反褶积。

STEM-SEM

STEM-SEM分析是一种中间技术，由于SEM技术的改进、易用性和获取时间的提高，该技术正在重新流行起来。STEM-SEM需要电子透明样品，通常≤100 nm厚，与TEM可以分析的样品相同。最常见的样品制备方法是进行FIB- sem提升，针对感兴趣的区域，并用FIB细化到电子透明度。一旦样品准备好，它被装入STEM样品夹，并放回FIB-SEM或具有STEM功能的SEM。STEM-SEM的光谱成像空间分辨率显著提高，允许绘制≥5 nm的特征，因为显微镜可以在更高的加速电压下操作，通常为30 kV，并且样品的电子透明特性消除了由于相互作用体积造成的分辨率损失。这两个Ultim®极端而且Ultim®最大170当与STEM-SEM系统配对时，提供强大的分析解决方案。

透射电镜中半导体器件截面的定量图。这里观察了半导体器件的复杂性，有11个元素存在，映射和峰值反卷积。

TEM

TEM是放大倍率方面的终极分析仪器，能够进行原子分辨率光谱成像。然而，它往往是最耗时和复杂的分析过程，需要先进的样品制备程序和重要的显微镜光束对准。TEM要求电子透明样品，厚度< 100nm，最大样品尺寸为直径3mm的圆盘。TEM在半导体研究和开发中发挥着关键作用，它提供高分辨率图像和EDS地图，以识别精确的化学成分和关键尺寸。的Ultim Max TLE检测器为这种应用进行了优化，实现了每个显微镜可用的最大立体角，无窗增强光元灵敏度，并具有增强的TEM定量程序，称为M²T，允许增强吸收，校正定量和样品厚度测量。