透射电子显微镜_TEM原理_失效分析案例

透射电子显微镜（TEM）在封装工艺中的应用
从光学显微镜到电子显微镜
在明视距离下，人的眼睛能够分辨的两点之间的最小距离约为0.1 mm。为了观察更小的物质结构，人们利用透镜的聚光能力，发明了光学显微镜。光学显微镜的诞生是人们认识微观物质世界的一个里程碑，但是其放大能力并不是无止境的，光学显微镜最小分辨率极限为200 nm。如果想追求更小的分辨率，需要找到更短波长的光源代替可见光；由此，电子显微镜应运而生。
电子显微镜利用被加速的电子束作为光源，照射固体材料，以电子束散射的电子为信号，对材料表面形貌进行高分辨成像，其分辨率可以达到1 nm以下。本文介绍目前电子显微镜中分辨率最优秀的透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）。接下来将简要介绍TEM的工作原理以及TEM的分析能力，重点介绍利用TEM进行半导体失效分析的相关案例。
TEM的原理和主要应用
TEM是一种把经加速和会聚的电子束照射到非常薄的样品上，电子束能够穿透非常薄的样品，并且与样品中的原子发生碰撞，激发出相干弹性散射电子、非相干非弹性散射电子、透射电子以及特征X射线等信号；采用不同的方法收集这些信号，来实现对样品形貌、晶体结构、化学成分等分析的超高分辨显微分析设备。
由于透射电子显微镜收集透过样品的电子束的信息，因而样品必须要足够薄，使电子束能够穿透，因此需要特别为TEM制造分析样品。常见的TEM样品制样方法包括：电解双喷，冷冻切片，离子减薄以及双束扫描电子显微镜。DB-FIB可以实现纳米级精度的定点TEM样品制备，制备方法包括截面制样、平面制样以及平面转截面制样。利用DB-FIB制备的TEM超薄切片，除了可以满足先进制程晶圆制造工艺分析的要求，还可以进行芯片和半导体器件的失效分析。比如芯片的漏电、短路、烧毁、异物等异常失效点位的截面制样分析、平面制样分析以及平面转截面分析；利用TEM可以对相关失效点位进行形貌观察、尺寸量测、成分分析等，其分辨率最高可达到原子级(<0.1 nm)。
TEM分析能力介绍
目前配有赛默飞公司的Talos F200X透射电子显微镜。该型号具有最为快速、准确且量化的多维纳米材料表征分析能力；融合了出