近年來，中國已成為帶動半導體市場增長的主要動力，隨著5G商用牌照落地并在2019年11月份正式使用，會大大推動半導體芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。失效分析對于提高半導體產(chǎn)品質(zhì)量，技術開發(fā)、改進，產(chǎn)品修復及仲裁失效事故等方面具有很強的實際意義。針對半導體器件局部失效分析，可以借助XPS成像技術及微區(qū)分析進行表征，島津XPS配備DLD二維陣列延遲線檢測器，可以同時記錄光電子的信號強度及其發(fā)射位置，亦可以在數(shù)秒的時間里獲取完整的XPS譜圖及高能量分辨的化學狀態(tài)圖像。小編帶您一起來看看XPS成像技術在半導體器件中的應用實例吧！

實例一：引腳跡斑分析

引腳是指從集成電路（芯片）內(nèi)部電路引出與外圍電路的接線，構成了芯片的接口。隨著電子技術的發(fā)展，電路板上的器件引腳間距越來越小，器件排列更加密集，電場梯度更大，因此電路板對引腳的腐蝕也變得越來越敏感。如下為一故障銅引腳器件，在AXIS SUPRA儀器腔體顯微鏡下可看到有一處跡斑（直徑~150μm），通過成像技術結合微區(qū)分析技術（見圖1），可知在該區(qū)域額外出現(xiàn)了Cl元素，對比周圍區(qū)域測試結果，推測該元素的存在是造成腐蝕的主要原因，此外O元素峰強也有所增加，說明該區(qū)域氧化現(xiàn)象更為顯著。

圖1 平行成像及選區(qū)測試結果

實例二：“金手指”缺陷區(qū)域分析

“金手指”是指電腦硬件如內(nèi)存條上與內(nèi)存插槽、顯卡與顯卡插槽之間等進行電信號傳輸?shù)慕橘|(zhì)，金手指涂敷工藝不良或由于使用時間過長導致其表面產(chǎn)成了氧化層，均會導致接觸不良，甚至造成器件報廢。如下采用XPS分析結合平行成像技術對“金手指”區(qū)域及缺陷處進行測試，不同視場成像結果見下圖2，亮度越高的區(qū)域表示Au元素含量越多。

圖2 不同視場下的“金手指”樣品成像結果

對缺陷部位及顯著存在Au元素部位分別進行小束斑選區(qū)分析，測試位置見下圖3，由測試得到的全譜結果可知，兩個區(qū)域均存在一定量的F元素；在圖像中較亮區(qū)域測得結果中，Au元素為主要存在元素，表面C、O元素較少，而缺陷部位測試結果中則只具有少量的Au 4f信號，而C、O、N元素峰較為顯著，推測該缺陷部位存在一定的有機物污染。

圖3 “金手指”樣品缺陷處微區(qū)分析結果

小 結

選用XPS成像技術對半導體器件微區(qū)的表面元素進行分析，可以清楚地了解各元素在器件表面的分布情況，結合污染元素組成及化學狀態(tài)進行有目的的原因排查，有助于對功能器件的質(zhì)量控制和失效機制進行把控和解析，有效杜絕污染和器件失效發(fā)生，以達到不斷對產(chǎn)品工藝和技術進行優(yōu)化的目的。

撰稿人：崔園園

島津/Kratos X射線光電子能譜儀AXIS SUPRA+

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