Wuxi CSMC-HJ Co., Ltd.
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⑵分辨率A E
指分开或识别相邻两谱峰的能力。一般用峰的半高宽（峰最大高度一半处的宽度），记为
衡量。半高宽越小，分辨率A E越高。
能谱仪的分辨率在150ev左右。 ⑶探测极限
能谱仪能分析出的最小百分浓度称为探测极限。该指标与元素种类、样品成分、谱仪类型、实验条
件的选择等都有关。一般，能谱仪的探测极限在
⑷分析速度
能谱仪的突出优点是数据采集和处理快，一般从采集谱峰至全部能谱显示出来，仅需几分钟。比起其 它谱仪分析设备，更适合做大能量范围、连续接受信号的定性分析。
衡量能谱仪的性能指标，另外还有：几何收集效率、量子效率、瞬间接受范围、最小电子束斑直径、 谱的失真等。在此不一一介绍了。
0.1-0.5%WT （重量百分比浓度）。
FWHM来
四.EDS分析实例介绍
1. 金属二表面“梅花斑”状异常分析
2000年7月，生产线上发现 0.6um、双多晶、双铝工艺的 TCM809产品，在金属二表面出现类 似“梅
花斑”形状的表面异常。显微镜下观察，金属表面有较密集的黑点缺陷，放大后看，黑点形貌
类似梅花花瓣。当时的金属二结构为： 2300A TiN （常温）+10000A Al （325C） +500A TiN。SEM分 析发现，异常处金属表面向上鼓起，在 500A TiN和Al之间，似乎有Si晶体析出，表面形貌如图 22、 23所示。
图23.金属二表面“梅花斑” 图24. “梅花斑”处TiN和Al2间似有Si析出
对“梅花斑”和正常的金属表面进行
EDS分析，能谱图如图24所示。
X射
图25中，横坐标表示特征 X射线的能量；纵坐标表示样品表面层中所含元素发出的特征
正常的金属二表面。比较谱图可发现，两者的区别主要在于 导致金属表面出现向上鼓起的“梅花斑”异常。
线的强度，也即定性地表示了其所含元素的含量。其中，黄色谱图为梅花斑处的金属二表面；红线表 示的则是
Si元素含量的差异---梅花斑处Si
含量较正常表面高。这证实了 TiN和Al之间析出的晶体就是 Si,由于该处富集了 Al膜中析出的Si,
| L Zoom Full scale =125 counts/s nlx| GHSE电胡托kEV AL 图25.梅花斑和正常的金属二表面能谱
第三章实验室其它分析技术介绍
一、用磨角染色法分析扩散（注入）层或外延层厚度
1. 原理
将样品粘在一定角度的磨角器上, 在抛光机上研磨，获得一个与原表面成小角度的倾斜截 面；通过化学染色显露出薄层的边界；在光学显微镜下, 测量斜面的长度，通过三角函数换算 计算出扩散层的厚度。
如图25所示，设染色后测得扩散层斜面长度 为L,斜面与样品原表面夹角为a,则斜面 与PN结界面夹角也为a,那么，薄层厚度
Xj=L*SiN a
2. 染色机理
化学染色主要利用了腐蚀液对不同掺杂类型或掺杂浓度的半导体具有不同的腐蚀速率； 染 色后斜面上扩散层（或外延层）相对于衬地表现出不同的颜色。 ⑴P型的扩散层
采用HF加HNO腐蚀液。其中HNO为氧化剂，作用是使抛光后暴露的 Si表面原子被氧 化；HF为络合剂，其作用是溶解已生成的 SiO，反应式如下： Si + HNO — Sd + NO
2
3
SiO+ HF — HSiF+ 出0
2
2
6
⑵N型的扩散层
除上述腐蚀液外，另外还可选用 Burgess染色液，其腐蚀液由两种溶液组成，
Title: FMA实验室分析技术介绍
I BHF和HAC溶液混合 n HNO中加入1/20的HF
其中，溶液I主要用于腐蚀斜面上
Si表面的自然氧化层，溶液n是主腐蚀液，因此，控制好样品
在溶液n中的腐蚀时间可取得良好的染色效果。
3. 适用范围
⑴ 导电类型与衬底相反的任意电阻率的 Si材料样品。
⑵ 导电类型与衬底相同、但电阻率至少相差一个数量级以上 ⑶薄层厚度在0.5um以上。 4. 分析的重复性与准确性
⑴重复性
一般若对每个分析试样平行测定两次（即每个试样做二个样品），取平均值作为最终分析结果， 则相对标
准偏差在 10%以内。对于对分析结果有特殊精度要求的样品，可通过增加平行测定次数（如每个 试样做四个样品）的方法来减少测量偏差，这时最终分析结果的相对标准偏差可控制在 5%以内。
⑵准确性
目前，根据实验数据和理论推算，发现分析的准确性在 0.05± 0.05T （ um）之间。这里T表示薄层 的厚
度
关于用磨角染色法分析扩散层厚度就简单介绍到这里。详情请见《用磨角染色法分析
PN结深》一文。
二、阳极氧化分析技术
1.实验原理
将分别接到直流电源正、负极的待分析 Si片和Cu片，放 臵于由5%的HF加入到各50mL的HAC （醋酸）和纯水所组成 的溶液中。接通电源后，由于在 HF电解液中，对Si片进行了 阳极偏臵，Si片将和HF发现电化学反应，失去电子而被氧化：
Si + 2HF — 2e f SiF?
+ 2H+
SiF4：
SiF2是一种不稳定的物质，极易分解生成稳定的 2SiF2 f Si + SiF4
SiF4将进一步和HF反应，生成可溶于水的 H2SiF6 SiF4 + 2HF f H?SiF6
图26.阳极氧化实验原理
由于圆片上电路各部位，女口 N阱、P阱、N+、P+及N-、P-
等区域掺杂浓度和掺杂类型的不同，它们发生电化学反应的速率也不同。因此，若能正确地选择阳极氧化
反应的条件，就可使样品表面上述各区域显示出不同的颜色。通过显微镜下或 区域SEM的观察，就可对电路各 的平面参数，如有源区的尺寸，沟道长度等进行分析。除此之外，由于导电的有害缺
陷会加速上述电 化学腐蚀反应的进行，阳极氧化技术还可用于揭示圆片上存在的一些电激活缺陷。 2. 分析实例
以下一组图片分别是圆片 RL5549-1094B电路全剥后进行阳极氧化实验的显微镜和 SEM分析图片。由 图中，可清楚地看到电路中防静电击穿 ESD结构和外围电路的不同掺杂区域的情况。 SEM分析时还可测量 出有源区尺寸、接触孔大小、沟道长度等重要的物理尺寸，供电路设计和工艺集成工程师参考。
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图27、28 阳极氧化实验显示了 RL5549B-1094电路ESD结构在Si衬底上的杂质分布
可清楚地
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图29. RL5549B-1094 外围电路的杂质分布
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阳极氧化后的SEM图片
致谢:
生产制造部工艺集成课课长徐明洁女士在本文写作过程中，
曾给予大力支持。在实验室开发阳
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CSMC-HJ
Title: FMA实验室分析技术介绍
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极氧化分析技术初期也给予了许多指导，在此表示衷心地感谢!
参考资料：
1. In structio n Ma nuAI for MODEL S-4200 Field Emissio n Scanning Electro n Microscope HITACHI 2. 物理检测机械电子工业部理化分析人员培训教材 3. 扫描电子显微术 姚骏恩 主编
4. Theory of Scanning Electro n Microscope SEM Trai ning materiAl 5. 集成电路制造技术原理与实践，电子工业出版社；
6. 电子能谱基础 潘承璜 赵良仲 编写 7. 半导体器件可靠性与失效分析 张安康主编
12FMA实验室分析技术 - 图文
