走査型透過電子顕微鏡 - 電子エネルギー損失分光法(STEM ‐ EELS)による超小型電子デバイス中のマトリックス元素の二次元マッピング

アプリケーションノート

はじめに

走査型透過電子顕微鏡(STEM)、 と組み合わせ 電子エネルギー損失分光法(EELS)は、ナノメートルスケールでマイクロ電子デバイスの空間分解マイクロ分析を提供することができる。 STEM-EELSを使用すると、画像内の各点を元素分布図のスポットに直接リンクさせることができます。 この技術は、ターゲットデバイス内の非平面形状のマッピングを可能にする優れた横方向解像度(〜1nm)を持っています。

考察

SiベースのMOSFETデバイスの高角度環状暗視野(HAADF)-STEM画像を図1の断面図に示します。このイメージングモードでは、コントラストは材料の平均原子数に依存します。 画像領域内には、NiSiで作られた交互のソース/ドレイン接点と2つのTiNで裏打ちされたW接点を備えた5つのトランジスタゲートがあります。 5nm×2nmの選択されたピクセル解像度で3次元STEM-EELSマップが取得され、Si、Ni、N、O、およびTiの信号が監視されました。 信号は、図2では合成画像として、図4では個別の分布図としてマッピングされます。生のXNUMX次元EELSスペクトル画像データセットから、任意の方向のラインプロファイルを抽出できます。 その一例を図XNUMXに示します。

しかしながら、この場合、O、N、およびTiの信号は、これら3つの要素だけについて別々のEELS取得を最適化した場合よりもノイズが多いことに留意されたい。 これは、広いエネルギー損失範囲にわたるマッピング要素と、エネルギー損失の増加に伴うEELS信号強度の指数関数的低下との間のトレードオフです。 この場合、Si(L)からの信号を含むように広いエネルギー損失範囲が監視された。2,3 @(99.2eV)からNi(L)2,3 @ 854eV)Ni、Ti、Oのコア損失エッジが間に発生します(それぞれ@ 401.6eV、455.5eV、532eV)。

図1 HAADF-STEM緑色の枠で囲まれた領域から2-d STEM-EELSスペクトルマップを取得したところを示す画像。

図1 HAADF-STEM 2-d STEM-EELSスペクトルマップを取得した緑色の枠で囲まれた領域を示す画像。

図2 Ni(赤)、O(緑)、Ti(青)のコンポジットRGB分布図

図2 上のNi(赤)、O(緑)、Ti(青)、下のN(赤)、O(緑)、Si(青)の合成RGB分布図。

図3 N、Si、Ti、O、Nの元素分布図

図3 N、Si、Ti、OおよびNiの個々の元素分布図は上に示されています。

図4 HAADF-STEM画像に抽出されたラインプロファイルの位置を重ね合わせたもの(赤い点線)。 その線に沿った元素分布プロファイルは画像の下にプロットされています。 緑色の枠内の任意の方向と長さから、類似のラインプロファイルを抽出することができます。

図4 抽出されたラインプロファイルの位置を重ね合わせたHAADF-STEM画像(赤い点線)。 その線に沿った元素分布プロファイルは画像の下にプロットされています。 緑色の枠内の任意の方向と長さから、類似のラインプロファイルを抽出することができます。

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