扫描电子显微镜操作时需用粘尘垫、粘尘滚筒除尘

    扫描电子显微镜也称扫描电镜,是最常用和最有效的半导体检查与分析工具,扫描电镜的一个非常突出的优点是具有较大的聚焦深度(景深),在相司放大倍率时,扫描电镜的景深比光学显微镜大300倍以上,所以观察样品时立体感很强,放大倍数可达几十万倍,分辨率为10nm。20nm。能够清楚地观察表面十分粗糙的样品,并且样品制备简单,凡是非绝缘体都可以直接进行观
察。因集成电路的表面均覆盖有绝缘的钝化层,在用扫描电镜对电路样品进行分析前需要作一些准备工作,例如要除去玻璃钝化层或采用表面喷金的方法等。
    扫描电镜常与x射线微区分析仪(如能谱仪)结合,使其不仅能观察样品表面的微观结构,而且还能对样品的微区进行成份分析,使SEM的应用范围更加扩大,例如通过对局部成分的分析来确定器件污染、腐蚀的原因。
    扫描电镜其基本原理是利用阴极所发射的电子束经阳极加速,由磁透镜聚焦后形成一束直径为几纳米到几百纳米的电子束流,电子束轰击到样品上发生相互作用后产生多种信号,其中包括二次电子、背散射电子、特征x射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等对不同信号的收集分析,可形成各种不同的检测分析技术。
  在上述信号中,最主要的是二次电子,它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子,二次电子的能量为0—50eV,发射深摩为5nm。50nm。由于能量低,所以在样品深处激发出的二次电子没有足够能量逸出表面,因此干扰较小,没有阴影效应,成像的分辨率较高,通常所说的扫描电镜像指的就是试样吸收电流二次电子像,宜于研究试样表面形貌。与X射线衍射仪或电子能谱仪相结合,构成电子微探针,用于物质成份分析。二次电子像的分辨本领可达6rim~lOnm,近年来应用场发射电子枪,可达3nmo.
  半导体器件在加电情况下获得的二次电子像,称为电压衬度像,此时,电位负的区域二次电子发射多(亮区),正的区域发射量少(暗区),用电压衬度像可以区别样品表面的电位差,一般情况下0.5V的电位差在图像上可以显示出来。电压衬度像可用于判断大规模集成电路失效部位,例如硅片裂纹和台阶处的金属连线断裂,特别是对于器件的隐开路或隐短路部位的确定尤为方便。
    它是从10nm。1斗m的样品深度内背散射出来的一次电子。其能量与入射电子接近,能量大于50ev。因为被散射的电子可能经过多次碰撞,所以其散零方向不规则。它的产生不仅与入射角有关,而月还受到样品平均原子序数的影响,可用于区分不同材料的区域。信号的强弱不仅显示样品表面凹凸不平的形貌,而且反映样品的原子序数效果,所以利用背散射可分别观察样品的形貌及化学成分,几何分辨率可达20nm,原子序数分辨率可达0.1z(z为原子序数)。
    背散射电子成像时没有边缘强光和充电效应,这一优点可用于检查导电率低,又不宜表面镀层的样品。
    当高能电子束照射到有势垒的半导体样品时,会产生大量电子一空穴对,在势垒区的两边的一个扩散长度内,产生的电子和空穴在PN结空间电荷区电场作用下,分别向相反方向扩散,从而在势垒区的两边产生电荷的积累和电子束感生电势。当外电路闭合时,便有电子束感生电流流过,检测这个信号i3-1:2形成束感生电流像。利用被分析器件的PN结作为SEM的检测器,将束

感生电流信号经放大后送到显像管栅极,便可获得PN结电动势像。样品中凡是影响载流子产生一复合和收集效率的各种缺陷都会影响束感生电流信号,引起图像发生变化粘尘垫 , 粘尘滚筒,因此,可以根据这种图像的变化来确定PN结的质量,对材料中的原生晶体缺陷及二次缺陷、扩散缺陷和击穿点等。
    EBIc在分析体内缺陷引起的失效、精确地确定失效部位和更好地了解失效原因等方面都十分有用。
    入射电子在半导体或绝缘体内的散射过程中所激发的内层电子,通过碰撞电离,在导带和价带中产生大量的电子一空穴对。电子、空穴复合时所产生的复合辐射,即阴极荧光。其波长在粘尘垫 , 粘尘滚筒红外线、可见光和紫外线的范围内。
    物质的发光通常与“激活剂”有关,这些激活剂可以是立体物质中浓度较低的杂质原子,也可以是晶体缺陷。其波长可用光谱仪加以分析粘尘垫 , 粘尘滚筒。这种方法对研究荧光材料和发光半导体材料是很有用的。
    归结起来各种信息的产生与下列因素有关。
    (1)加速电压或者电子束入射能量。
    (2)样品表面的形貌及电子束入射角(样品倾斜角)。
    (3)样品的原子密度即平均原子序数。
    (4)样品表面的化学特性和晶体学特性。
    (5)样品表面的电荷积累。
    SEM的几种工作方式在半导体器件分析中的应用见。