通过扫描透射电子显微镜 - 电子能量损失谱(STEM-EELS)对微电子器件中的基质元素进行二维映射

应用笔记

引言

扫描透射电子显微镜(STEM),结合 电子能量损失谱(EELS),可以提供纳米尺度的微电子器件的空间分辨微观分析。 使用STEM-EELS,图像中的每个点都可以直接链接到元素分布图中的点。 该技术具有出色的横向分辨率(~1nm),允许在目标设备中映射非平面特征。

讨论

硅基MOSFET器件的高角度环形暗场(HAADF)-STEM图像显示在图1的横截面中。在这种成像模式下,对比度取决于材料的平均原子序数。 在成像区域内,有三个晶体管栅极,具有交替的源极/漏极触点(由NiSi制成)和两个TiN内衬的W触点。 以选定的2nm×5nm像素分辨率获取二维STEM-EELS图,并监测Si,Ni,N,O和Ti的信号。 在图5中将信号映射为合成图像,在图2中将信号映射为单独的分布图。从原始的3-d EELS频谱图像数据集中,可以提取任何方向的线轮廓。 这样的例子之一如图2所示。

然而,应该注意的是,对于当前情况,O,N和Ti的信号比仅针对这三个元件优化单独的EELS采集更嘈杂。 这是跨越大能量损失范围的映射元素与EELS信号强度的指数下降与能量损失增加之间的折衷。 在目前的情况下,监测宽的能量损失范围以包括来自Si(L的信号)的信号2,3 @ 99.2eV)到Ni(L2,3 @ 854eV)的Ni,Ti和O的铁损损耗边缘介于两者之间(分别为401.6eV,455.5eV和532eV)。

图1 HAADF-STEM图像显示了绿色框架中概述的区域,从中获取了2-d STEM-EELS光谱图。

图1 HAADF-STEM图像显示绿色框架中概述的区域,从中获取2-d STEM-EELS光谱图。

图2复合RGB分布图,用于Ni(红色),O(绿色)和Ti(蓝色)

图2 上面的Ni(红色),O(绿色)和Ti(蓝色)以及下面的N(红色),O(绿色)和Si(蓝色)的复合RGB分布图。

图3 N,Si,Ti,O和N的单个元素分布图

图3 上面显示了N,Si,Ti,O和Ni的单个元素分布图。

图4 HAADF-STEM图像,其中提取的线轮廓的位置叠加在其上(红色虚线)。 沿着该线的元素分布曲线绘制在图像下方。 可以从绿框内的任何方向和长度提取相似的线轮廓。

图4 HAADF-STEM图像,其中提取的线轮廓的位置叠加在其上(红色虚线)。 沿着该线的元素分布曲线绘制在图像下方。 可以从绿框内的任何方向和长度提取相似的线轮廓。

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