SEM/EDS的应用及常见问题解析

半导体实验室

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SEM是用细聚焦的高能电子束轰击试样表面，通过电子与试样相互作用产生的二次电子、背散射电子信息对试样表面或断口进行形貌观察。现在的SEM一般都与EDS组合，利用EDS进行成分定性、定量分析。
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: {9 |5 ^2 N$ X8 E# c8 X% ySEM观测的前期工作
8 M; k; Q/ p7 D按照客户不同的案件需求，会经过Decap开盖、EFA电性、Delayer去层、Polish切片等样品处理及分析后，待确认相关方案及重点观测位置后才能进入SEM机台。由于样品的工艺原因，一般需镀金增加其导电性，使图片效果更佳。
( V; C$ s& ?$ I平面观测样品：裂纹，表面形貌（如致密性）等，如后续还有电性实验，则不能镀金，会直接影响热点分析。
7 i: ]6 b" Y4 R# O0 n截面观测样品：截面形貌，分层，空洞，烧伤，量测相关工艺尺寸等。
+ b8 x$ U% F6 j9 Y: P* r4 lSEM的拍照模式
一般有SE、BSE两种类型，两者的区别为：
; O- k& `1 J$ P2 l1 ^" o$ r1. 按收集信号不同分：SE（二次电子），BSE（背散射电子）
2. 按分辨率不同分：SE（高），BSE（低）
) r2 w! y; ?+ q& w3. 按图像衬度不同分：SE（形貌衬度），BSE（质厚衬度）
9 h' K4 I8 c+ Y4. 按应用目的不同分：SE（微观立体形貌），BSE（元素、相二维分布）
现已引进外置YAG-BSE镜头，样品大小合适、实验需求相符的情况下，可以减少观测干扰并使图片效果更清晰立体。
/ T2 j2 G9 [/ v3 Q1 ^以下为图片效果参考：
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（SE模式）
0 C4 _* c% ]& d% t" f' f5 n?
（LA-BSE模式）
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（YAG-BSE模式）
1 i, J. H& Q) ^+ ?4 N?
3 l' l( r! R4 t（YAG-BSE模式）
结合EDS应用
" ^# d8 Q" U. Z7 ]4 x* g点、线、面分析方法的用途不同，检测灵敏度也不同。定点分析灵敏度最高，面扫描分析灵敏度最低，但观察元素分布最直观。要根据试样特点及分析目的合理选择分析方法。
: V. l7 c7 c2 R常见问题
Q1：元素分析的样品就是金属元器件，为什么有C（碳）、N（氮）、O（氧）元素？
: M/ J7 r( e3 Z/ B; T7 GA1：首先C（碳）、N（氮）、O（氧）本就是日常生活中无处不在的元素，而样品进入机器中，即使抽真空，仍会携带一小部分气体分子等。
9 x9 m* K5 }; @9 @3 Q4 J0 B+ y9 o& GQ2：样品OM图像上有不同的颜色，怀疑有污染，推荐什么方法分析？
9 n. }" Z* k( C/ ~1 o; SA2：如果有已经确认的目标位置，选择点扫描分析；如果没有确定的异常区域，需先进行面扫描，看看有没有异常的元素分布区域，再去异常颜色的区域处放大进行点扫描。
, H# {$ U5 Z6 h* m4 a/ RQ3：已经有很确定的元素以及异常位置，为什么面扫描分析的结果跟预想有很大不同？
A3：由于面是由无数个点组成的，每一个点的元素含量都会有差异，而面扫描分析的区域较大，含量较高的元素也会均分掉含量极低的元素，可以搭配点扫描来辅助验证。
Q4：面扫描时，为什么有些区域没有元素分布？
( U: r1 }6 ]2 b; `1 F- O; C/ x( HA4：由于有些样品工艺原因，微观的表面也存在高低的区域，一般只能分析到较高面的元素，较低面也就是凹陷的区域是很难分析到的，只能通过不断设置样品角度，搭配凹陷边缘的点扫描为辅助，可以尝试加长CP研磨的时间，再进行分析，如果是微观的“大裂谷”，不会产生元素信号，则无法分析。
: R" n8 v/ o: l* J7 vQ5：分析样品不同区域不同深度的元素分布，为什么表层也会分析出深度较深的元素？
A5：由于样品所含的元素导电性各有不同，会导致同条件下分析成分，仍会有不同的探测深度差异，可以用不同的电压分析并标注相关的探测深度，会更直观地知道，同类型分析所要的数据结果的测试条件。
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都需要一个详细的工作流程