半导体内连结的化学成分表征
在标准扫描透射电子显微镜 （STEM） 上使用 30 mm2 的探测器面积的能量分散 X 射线光谱（EDS 或 EDX） 可在几分钟内提供具有纳米级分辨率的元素面分析。分析条件是，当探测器头足够小（细管径设计），探测器就可以尽可能接近试样（高固体角）并且相对试样足够高（高检出角）。后者有助于避免阴影效应和降低吸收对结果的负面影响。
标准STEM安装30 mm2有效面积，带有SLEW 的EDS，探测器可以达到0.09 sr固体角和22°的检出角。我们用它来分析半导体内连接结构（图1）。元素分布可以被成功表征。使用Cliff-Lorimer方法定量处理EDS数据。ESPRIT 软件中Cliff-Lorimer理论因子的计算基于以下信息：
- 具有辐射横截面和荧光产生值的强大，完备的原子数据库
- 探测器与试样的几何构型
- 探测器的量子效率
在相同条件下研究的一系列标本中，使用理论计算因子的 Cliff-Lorimer 方法相对于样本系列中所选的标准样品，可精确到几个原子百分比内。EDS 数据清楚地显示了 Ta 和 TiN 互连衬里的钽和钛，以及铜和钨填充（图 2）。钛信号可以从氮信号中分离。可以去工作并正确分配 Si、Ta 和 W（图 3）。
图1：内连接结构的高角环形暗场像。 标本来源：Synergie4。
图2：从355像素×678像素元素面分析中提取的数据，采集时间：15分钟。左：几个相关元素的净计数结果图。中：使用 4x4 像素并和模式对 Ta 进行定量分析。右图：使用 8x8 像素并和模式的 Ti 分布。
图3：ESPRIT 中 Si，Ta 和 W的 EDS 元素重叠峰的解卷积谱峰剥离