4、微纳电子检测技术：原理、应用与挑战

微纳电子检测技术：原理、应用与挑战

在微纳电子技术迅猛发展的今天，对半导体器件的精确表征和失效分析变得至关重要。本文将深入探讨几种先进的检测技术，包括电子全息术、光电子发射显微镜和声学傅里叶域成像，以及取向成像显微镜在铜互连和铜 - 铜键合中的应用。

电子全息术：可视化半导体掺杂区域

技术背景与需求

随着半导体器件结构宽度不断减小，对掺杂区域尺寸可视化和 p - n 结轮廓估计的高空间分辨率表征需求日益迫切。传统技术如湿法蚀刻、TEM 薄片蚀刻或扫描电容观测等，在可靠性和可重复性方面难以满足要求。电子全息术作为一种特殊的 TEM 技术，能够可视化半导体中的电活性区域，但需要基于聚焦离子束（FIB）技术进行样品制备。

物理基础

电子波与 TEM 中的固态样品相互作用会影响入射波的振幅和相位。相位偏移 ϕ 由固体的平均内势 V₀ 决定：
[ \phi = \sigma V_0 t ]
其中 t 是箔厚度，σ 是相互作用常数。在不同掺杂区域的结处形成的空间电荷区域会改变局部耗尽区域内势 V∆pn，从而导致局部相位偏移 ∆ϕ 的差异：
[ \Delta \phi = \sigma \left( \frac{V_{pn}}{2} \right) (t - t_0) ]
其中 t₀ 是所谓的死层厚度。由于传统 TEM 图像只能记录强度，因此需要一种记录完整波的方法。离轴电子全息术通过产生物波和未调制真空波之间的干涉并记录结果图案来解决这个问题，然后使用傅里叶分析分离全息图中相位和振幅的贡献。

技术解决方案

电子全息术需要高相干性的电子束，这只能通过 FEG 发射