d^MC-KJ 15中介质1采用淀积13000A
的BPTEOS后高温回流，再干法回蚀介质一至 6000A，CELL区由于介质一膜厚过厚，接触孔未开通。 图16中介质一淀积10000A的BPTEOS后，同样进行高温回流和介质回蚀工艺，由于降低了介质一的 厚度，同时进行了孔腐蚀工艺的优化，因而获得了理想的接触孔形貌和 Al台阶覆盖。
⑶整体形貌分析
图15和图16是0.5FLASH电路接触孔开发过程中的两张图片。图
MOS集成电路各关键层次的物理结构是否正常，是电路能否正常工作的决定性因素之一，因此， 在新品开发
成功后、成熟的产品参数测试出现较多异常时或有工艺特定需要时，常常有必要做
SEM
整体形貌分析，以便全面观察评介电路各部位的物理结构。通常，常规的整体形貌分析项目有三部分 组成。
I ?膜厚分析
主要包括场氧、多晶、介质、金属层和钝化层等关键层次的膜厚测量。
n .线宽分析
主要包括多晶连线、多晶栅、 Al引线等条形结构的条宽和间距、接触孔和通孔的尺寸等参 数的分析。 川.其他分析
包括鸟嘴和Spacer尺寸、Poly和Spacer腐蚀时在场氧及有源区上的过腐蚀量、 条密集区和开阔区的过腐蚀量、接触孔的金属台阶覆盖等等。
除了常规部分的分析外，整体形貌分析时还需根据不同的电路，对其特殊的结构进行详细的分析。 如存储器电路CELL区的结构、高压电路高压 MOS管的结构等。随着公司新品电路的不断开发，对各 种电路特殊结构的分析显得更为重要。
Al腐蚀时在Al
见附录：《SHU267B SE整体形貌分析报告》
4.在线异常、客户反馈及参测异常片的分析 分析实例：CS4005金属二位移
图17.金属二刻蚀去胶后显微镜下发现Al条位移
CMC? 百DEJTV0F 1Z EICK
18。异常片的SEM分析图片 ST『EEC i 冨IE垃
20佩￡為、
图
图19. SEM分析发现，Al条位移的直接原因 在于Al下的浸润层Ti被侵蚀，导致金属层 底部与介质二表面接触面积太小，在受到外 力作用时出现Al条漂移。
图17、18、19是生产线2000年6月出现的一种异常情况的分
0.6um双多晶双铝工艺
的CS4005电路，金属二的结构为 Ti500A （室温）+HOT AI2
（400C）。在Al去胶、清洗后的显微镜 检查时，发现了金属二位移的异常（图 17）。SEM分析时发现圆片的管芯内出现严重的 AI条漂移，
许多本该有Al引线的地方只见到了因 Al刻蚀过而留下的痕迹；有的 Al条移到临近的Al条上，出现 “搭桥”（图18）。进一步分析发现，Al条位移的直接原因在于 Al下的浸润层Ti被侵蚀，导致金属层底部 与介质二表面接触面积太
析图片。
小，在受到外力作用时出现
温下溅的Ti具有腐蚀性。后改用了对室温溅
Al条漂移（图19）。经过一系列工艺实验，最后发现，
EKC265清洗液，这种清洗液对于室
Ti基本无腐蚀性的EKC270清洗液，该问题得到解决。
Ti
被腐蚀是因为 Al去胶后，为了去除腐蚀和去胶时产生的聚合物，而采用了
关于扫描电镜的分析，简单介绍到这里。
第二章特征X射线能谱分析技术
一、概述
特征X射线能量色散谱仪，简称能谱仪（En ergy Dispersive Spectrum ， EDS），是按X射线能 量不
同展开谱图的分析仪器。作为扫描电镜的附加装臵，其主要用途在于对试样表面进行微区成分的 分析。能谱仪工作的基本原理是用高能电子束作用于需要分析的试样表面微区，激发出样品元素的特 征X射线，通过对X射线能量的分析，确定样品微区的化学组成。与常规的化学分析的区别是：
1. 不需要将试样溶解，从这个意义上讲，能谱分析是非破坏性分析。 2. 常规化学分析的结果是试样的平均成分，而能谱分析的结果是
um数量级的微区成分。
二、特征X射线的产生及分类
1. X射线的产生
第一章中讲到，当高能入射电子束与样品表面相互作用时，将会产生许多电子信息，其中有一种 为X射线。根据其产生过程，可分为两种类型：
⑴轫致辐射
入射电子在由原子核和紧密束缚的核外电子所组成（称之为原子实）的库仑场中减速，失去的能 量转化为X射线光子。由于每个入射电子距原子核距离不一样，能量损失也不一样，于是形成了能量 连续的X射线谱，这个过程称为轫致辐射。
Title: FMA实验室分析技术介绍
⑵发射特征X射线
当入射电子的能量足以克服内壳层电子的结合能时，将把内壳层电子击出，使原子处于高能量的 激发态，并在电子壳层留下空位。由于这时原子处于不稳定状态，外层电子将会跃迁，去填补这个空 位，因为电子跃迁过程是从高能量到低能量状态的变化，所以其多余的能量将以发射 电子，在此不做具体介绍）的形式释放出来。又由于发射 其能量具有元素的特征值，因而称为特征 称这种分析技术为特征 X射线能谱分析）。 2.特征X射线的分类
当样品表面受到高能电子束的作用，产生单电子激发时，样品原子处于电离的激发态。我们知道，根 据量子力学理论，原子核外电子的能量是不连续的，其运动状态可用 4个量子数描述，分别为主量子数、 角量子数、磁量子数及自旋量子数。主量子数决定了电子在核外活动的电子壳层，如 K、L、M、0、N等。 除K层外，其它的电子壳层根据其具有的角量子数不同，又可分为若干支壳层。例如， L层有三个支壳层， M层有五个支壳层。因此，不难理解，当原子电离使某壳层产生空位时，填补这个空位的电子跃迁通常来 自一个以上的外壳层。
例如，图20中所示，当K层电离后，L层和M层的电子都有 可能去填补这个空位，由于这些壳层处于不同的能级，所以，将 产生不同能量的X射线，分别命名为 K a和K B射线。一
般由K 层电离产生的一组 X射线称为K系谱线。同理，由L层或M层电 离产生的分别称为 L系或M系谱线。另外，为了区分由不同的支壳 层所产生的X射线，K a或K B射线又可进一步细分为 K a 1 （从L3 支壳层跃迁）、 K a 2 （从L2支壳层跃迁）。而 K B也可分为K 3 1
（从M3支壳层跃迁）、 K 3 2 （从N2、N3支壳层跃迁）、K 3 3 （M2 ）、K 3 4 （ N5）等。
量子力学理论指出，原子体系中电子在各能级之间的跃迁，应满足 的一定量子
条件，称为选择定则 。这些条件是：
X射线（或俄歇
X射线的能量与原子能级间的能量差有关，
X射线。
显然，能谱分析中感兴趣的信息是特征 X射线（正是因为利用了特征 X射线进行元素成分的分析， 所以
导带
M F ------------------------------------------------------ L K 1 T 1 I、主量子数的改变不等于
迁。
9 0,即属于同一壳层的电子不能跃迁。
尊 n、角量子数的改变等于土 1，即角量子数相同或大于 1的能级之间 也不能跃
K a 1 K 3 1
图20.电子跃迁产生K a 和K 3射线
三、EDS分析原理
1.能谱仪的组成
实验室S4200扫描电镜所配的能谱仪由英国牛津显微仪器公司生产，其基本组成的示意图如下:
由图21中看出，能谱仪由锂漂移硅 Si （Li） 探测器、高压电源、信号放大器、多道分析器、 计算机等部件组成。 2. Si （Li）探测器
Si （Li）探测器（能谱探头）是将X射线能量、
强度转换为电脉冲的传感器（图 22）。其结构共分三 层：中间是活性区（I区），是P形Si中漂移进Li 制成的，具有高的电阻率；I区前面是P型半导体，
200A Au
i
空穴 电子
*—t
Li谭駆
至舸故
图22. Si （ Li）晶体探测器结构
Title: FMA实验室分析技术介绍
后面是N型半导体，所以,Si （LI）探测器实际是一个 P-I-N型二极管。
透光性强的超薄膜窗口安装在
Si（ LI）晶体前面，对其起到密封和保温的作用。
Li的浓度将
Si（ LI）探头和场效应管前臵放大器必须保持在液 N2冷却的低温状态，否则，晶体内
因扩散而变化，使其性能下降甚至完全被损坏。
3. Link Isis能谱仪的工作原理 能谱的形成过程如下：
由试样射出的具有各种能量的 X光子，经超薄窗口进入 Si（ Li）探测器中。在I区，硅原子吸收一
个X光子，就释放一个光电子，该光电子在随后的非弹性散射过程中，又释放出绝大部分能量，形成电子 空穴对。每产生一对电子、空穴对，要消耗掉
X光子3.8eV的能量，因此，每一个能量为
E的入射光子产
生的电子、空穴对的数目为 N=E/3.8eV。加在Si（LI）上的偏压，将电子、空穴对收集起来，每入射一个光 子，探测器输出一个微小的电荷脉冲，其高度正比于入射的
X光子能量E。电荷脉冲经前臵放大器、信号
X光子的能量，所
处理单元和 AD转换器，以时钟脉冲形式进入多道分析器。多道分析器是由许多存储单元（称为通道）组 成的存储器，它将每一个输入脉冲按其高度分别归入相应的通道，由于脉冲高度正比于 以每个通道代表不同的能量，而通道的计数为 计数（强度）为纵坐标的 X射线能量色散谱图。
4. 能谱仪的主要性能
⑴分析元素范围
一般探测器前有铍窗的能谱仪分析元素范围为
此，分析范围扩展到 5B-92U。
11Na-92U。我们实验室的能谱仪使用超薄窗结构，因
X光子数。这样，就得到了以通道（能量）为横坐标，通道
12FMA实验室分析技术 - 图文
