近年來,中國已成為帶動半導體市場增長的主要動力,隨著5G商用牌照落地并在2019年11月份正式使用,會大大推動半導體芯片產業的發展。失效分析對于提高半導體產品質量,技術開發、改進,產品修復及仲裁失效事故等方面具有很強的實際意義。針對半導體器件局部失效分析,可以借助XPS成像技術及微區分析進行表征,島津XPS配備自主技術的DLD二維陣列延遲線檢測器,可以同時記錄光電子的信號強度及其發射位置,亦可以在數秒的時間里獲取完整的XPS譜圖及高能量分辨的化學狀態圖像。小編帶您一起來看看XPS成像技術在半導體器件中的應用實例吧!
實例一:引腳跡斑分析
引腳是指從集成電路(芯片)內部電路引出與外圍電路的接線,構成了芯片的接口。隨著電子技術的發展,電路板上的器件引腳間距越來越小,器件排列更加密集,電場梯度更大,因此電路板對引腳的腐蝕也變得越來越敏感。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),通過成像技術結合微區分析技術(見圖1),可知在該區域額外出現了Cl元素,對比周圍區域測試結果,推測該元素的存在是造成腐蝕的主要原因,此外O元素峰強也有所增加,說明該區域氧化現象更為顯著。
圖1 平行成像及選區測試結果
實例二:“金手指”缺陷區域分析
“金手指”是指電腦硬件如內存條上與內存插槽、顯卡與顯卡插槽之間等進行電信號傳輸的介質,金手指涂敷工藝不良或由于使用時間過長導致其表面產成了氧化層,均會導致接觸不良,甚至造成器件報廢。如下采用XPS分析結合平行成像技術對“金手指”區域及缺陷處進行測試,不同視場成像結果見下圖2,亮度越高的區域表示Au元素含量越多。
圖2 不同視場下的“金手指”樣品成像結果
對缺陷部位及顯著存在Au元素部位分別進行小束斑選區分析,測試位置見下圖3,由測試得到的全譜結果可知,兩個區域均存在一定量的F元素;在圖像中較亮區域測得結果中,Au元素為主要存在元素,表面C、O元素較少,而缺陷部位測試結果中則只具有少量的Au 4f信號,而C、O、N元素峰較為顯著,推測該缺陷部位存在一定的有機物污染。
圖3 “金手指”樣品缺陷處微區分析結果
小 結
選用XPS成像技術對半導體器件微區的表面元素進行分析,可以清楚地了解各元素在器件表面的分布情況,結合污染元素組成及化學狀態進行有目的的原因排查,有助于對功能器件的質量控制和失效機制進行把控和解析,有效杜絕污染和器件失效發生,以達到不斷對產品工藝和技術進行優化的目的。
撰稿人:崔園園
島津/Kratos X射線光電子能譜儀AXIS SUPRA+
AXIS SUPRA+的自動化技術
● 無人值守自動進行樣品傳輸和交換
● 硬件自動化控制,實時監測譜儀狀態和校準
AXIS SUPRA+*的表面分析能力
● 具有高性能XPS分析、快速平行化學成像分析、小束斑微區分析
● 利用角分辨、高能X射線源、深度剖析可以實現從超薄到超厚的深度分析
● 多種功能附件(惰性氣體傳輸器、高溫高壓催化反應池等)和可拓展多種表面分析技術,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境
● 高吞吐量、快速隊列樣品分析模式實現連續分析
● AXIS SUPRA+采用的通用表面分析ESCApe軟件系統使用戶與譜儀的交互簡單化和智能化,可以進行譜儀的控制、數據的采集和分析
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