集成电路（IC）制造需要从沉积的金属薄膜的许多有源半导体区域之间的导电互连。这些薄膜的微观结构对IC器件的一致性直接影响。由于电迁移，故障通常会经常发生。电迁移是金属离子的漫射运动。由于扩散速率是微结构的函数，因此薄膜微结构的精确表征对于获得高度可靠的装置是重要的。
现有解决方案的限制
x射线衍射(XRD)是薄膜微观结构测量的常用方法之一。但利用XRD表征有一定的局限性:
- XRD是一种耗时的方法，尤其是在获取晶体全取向数据时。
- 晶粒尺寸不能直接测量，但只有衍射峰拓宽的尺寸。必须有许多竞争因素，这些因素涉及必须区分。
- XRD对大约100nm至10μm之间的颗粒尺寸的变化不敏感，这是金属薄膜的常见粒度范围。
- XRD没有提供材料的晶界特征信息，这对材料的扩散性能和抗电迁移失效性能有很大影响。
透射电子显微镜（TEM）是另一种微结构表征方法，其在用于研究金属薄膜时也具有自己的缺点：
- TEM需要密集和耗时的样本
在分析之前准备。
- TEM要求专家运营商准确衡量
晶体取向和晶界特征。
- 通常收集TEM方向测量
手动，使数据收集耗时。
- TEM提供的测量值有限，
限制了晶体取向的完整描述
分布和晶界特征。
EBSD的优点
与TEM和XRD相比，电子背散射衍射(EBSD)可以快速、自动化地测量薄膜的微观结构。本系统的好处如下:
- 提供了详细的微观结构描述
- 提供有关晶体取向、晶界特征、晶粒尺寸、局部塑性应变和相分布的数据
- 快速的数据采集速率
- 需要有限的样品准备来测试金属薄膜
- 通过Hikari XP，可以在一分钟内进行全面的微观结构分析
- 50nm以下的空间分辨率，能够分析大于1cm x 1cm的区域，从而允许大面积分析和高分辨率的数据收集，以满足大多数微结构分析的要求
- 测量有统计学意义的数据
- 可以在每秒650次测量时间内在不到30分钟内获得超过一百万个以上的方向测量
金属薄膜分析
铝传统上已被用于IC金属化。材料的电迁移行为和平均故障时间依赖于晶粒尺寸，晶粒边界行为和晶体取向。使用Hikari XP从每秒650点的Hikari XP从合金铝膜（图1）收集EBSD地图。改变采样步骤尺寸和映射区域以获取一系列总数据收集时间。
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图1所示。从铝膜收集的取向图1分钟，B＆C）5分钟，D）60分钟
结果(表1)表明，在60秒内可以获得膜微观结构的统计代表性采样。从取向数据估计的纹理结果显示了一个强(111)首选取向。在早期的研究中，(111)取向同时增加了互连制造之后的IC器件失效。
表1。从铝薄膜中以每秒650个索引点收集EBSD扫描结果
| 扫描 |
时间（分钟） |
Ave粒度(µm) |
(111)纹理 |
| 1 |
1 |
3.75 |
13.4 |
| 2 |
5 |
3.96 |
13.8 |
| 3. |
5 |
4.14 |
13.3 |
| 4 |
60 |
3.97 |
13.6 |
随着IC器件的连续小型化，由于其导电性较高，铜更常用为互连金属。用铝，晶界承担扩散路径的作用，辅助电迁移失效。相反，用铜，微结构中的相干双界的扩散速率低于随机高角度晶界的漫射率。
通过薄膜沉积和热加工，增加了孪晶界的比例，进而减少了不利的扩散路径，提高了平均失效时间。EBSD是测量多种晶界的理想工具，可将其划分为有用的双晶界或有害的无规高角度晶界。
An EBSD grain map where twins are either excluded or included during the grain calculation is shown in Figure 2. The copper film’s grain size with twin boundaries excluded (1.4µm) indicates electromigration performance and service life better than the grain size measurement including twins (500nm).
EBSD的特殊之处在于它可以在没有孪晶界的情况下测量晶粒尺寸。因此，它可以成功地用于提高半导体器件的加工条件和优化使用寿命。
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图2。铜膜的晶粒图，其中孪晶界包括(顶部)和排除(底部)的晶粒确定。计算出的颗粒被随机涂上颜色以显示尺寸和形态。
推荐EDAX解决方案
建议为此特定应用程序建议EDAX Team™EBSD分析系统。如果需要元素分析数据，则配备有EDS和EBSD检测器的PEGASUS系统更合适。对于晶体学，建议Hikari XP EBSD摄像机，而用于元素分析，建议使用辛烷值SDD系列。
该信息来源于EDAX公司提供的材料，并经审查和改编。欧洲杯足球竞彩
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