Chemische Zusammensetzung von Halbleiter-Interconnects
Die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS oder EDX) der Standardklasse mit 30 mm² aktiver Detektorfläche kann in konventionellen Rastertransmissions-elektronenmikroskopen (STEM) innerhalb weniger Minuten Elementverteilungsbilder mit nm-Auflösung liefern. Voraussetzung ist, dass der Detektorkopf klein genug ist (in schlanker Slim-line-Ausführung), sodass sein Abstand zur Probe möglichst gering ist (für einen hohem Raumwinkel, aus dem Röntgenstrahlung erfasst werden kann) und der Detektor so hoch wie möglich über der Probe positioniert werden kann (für einen hohen Abnahmewinkel). Ein hoher Abnahmewinkel hilft, Abschattungs- und Absorptionseffekte zu vermeiden.
Konventionelle (nicht Cs-korrigierte) STEM, nachgerüstet mit Standard-EDS (30 mm² Detektorfläche und Leichtelementfenster), erreicht 0,09 sr Erfassungsraumwinkel bei 22° Abnahmewinkel und wurde verwendet, um die Elementverteilung in Halbleiter-Verbindungen zu erfassen und zu analysieren (Abb. 1). Die EDS-Daten wurden quantitativ nach der Cliff-Lorimer-Methode analysiert. Die Berechnung theoretischer Cliff-Lorimer-Faktoren in der ESPRIT-Software basiert auf folgenden Informationen:
- umfangreiche und ständig aktualisierte Atomdatenbank mit Werten für Streuquerschnitte und Fluoreszenzerträge
- Geometrie von Detektor und Probe
- Informationen zur Quanteneffizienz des Detektors
Innerhalb einer Probenserie, deren Proben unter den gleichen Bedingungen untersucht werden, kann die Cliff-Lorimer-Methode unter Verwendung theoretisch berechneter Faktoren und relativ zu einer als Referenz ausgewählten Probe aus dieser Serie eine Genauigkeit von wenigen Atomprozent erzielen. Die EDS-Daten zeigen deutlich Tantal und Titan in der Ta- und TiN-Zwischenschicht sowie die Kupfer- und Wolframfüllung (Abb. 2). Das Titansignal kann vom Stickstoffsignal getrennt werden. Si, Ta und W können ebenfalls gut getrennt und korrekt zugeordnet werden (Abb. 3).
