SEM/EDS的应用及常见问题解析

半导体实验室

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' ?5 D8 Q2 l; ]/ V! h9 MSEM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。

SEM观测的前期工作
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。
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。
: A3 a4 ^' A6 n; }: a0 B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。
SEM的拍照模式
一般有SE、BSE两种类型，两者的区别为：
$ i) x7 h+ b; |- q1. 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）
3. 按图像衬度不同分：SE（形貌衬度），BSE（质厚衬度）
4. 按应用目的不同分：SE（微观立体形貌），BSE（元素、相二维分布）
% z$ Q6 E: a( C( p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。
以下为图片效果参考：
. E. }. G: i' T/ x' x' Z?
（SE模式）
?
（LA-BSE模式）
?
（YAG-BSE模式）
' N+ x8 y, ~+ d/ s0 E4 [?
- G* S: S6 K: `( E8 R& f/ }（YAG-BSE模式）
结合EDS应用
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。
7 U" Y% o3 z; ?3 V常见问题
9 |* r5 G3 v0 Q/ i7 t! s8 C/ FQ1：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？
  k% i8 I- O- a3 K  ^; H+ H1 dA1：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。
# R% w; ?; y+ \7 rQ2：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？
) A" l) F; D+ _A2：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。
* ~! @7 V  |' p7 T$ P. Q6 V" C1 ]Q3：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？
: I; U2 E4 Z: Y2 H. aA3：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？
A4：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。
Q5：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？
' B+ _  p' w! }' U- gA5：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