國儀量子電鏡在銅互連電遷移空洞定位的應用報告

一、背景介紹

在半導體芯片制造領域，隨著芯片集成度的不斷提升，芯片內部的互連結構對于確保高效、穩定的信號傳輸至關重要。銅互連因其低電阻、高電導率以及良好的抗電遷移性能，成為現代超大規模集成電路中互連材料的首選。在復雜的芯片電路中，銅互連負責連接各個晶體管和功能模塊，保障電流順暢流動，實現芯片的各種功能。

然而，在芯片長時間工作過程中，由于高電流密度的持續作用，銅互連面臨著電遷移問題的挑戰。電遷移是指在電場作用下，金屬原子沿著導體內部的晶格結構發生定向遷移的現象。這一過程會導致銅原子從某些區域流失，進而在銅互連內部形成空洞。電遷移空洞的出現會顯著增加銅互連的電阻，阻礙電流傳輸，引發信號延遲、電壓降增大等問題。嚴重時，空洞的不斷擴大甚至可能導致銅互連線路斷裂，造成芯片短路或斷路，使芯片完全失效。電遷移空洞的形成與電流密度、溫度、銅互連的微觀結構以及所施加的電場強度等多種因素密切相關。因此，精準定位銅互連中的電遷移空洞，對評估芯片可靠性、優化芯片設計與制造工藝、延長芯片使用壽命具有重要意義。

二、電鏡應用能力

（一）微觀結構成像

國儀量子 SEM3200 電鏡具備高分辨率成像能力，能夠清晰呈現銅互連的微觀結構。可精確觀察到銅互連內部是否存在電遷移空洞，確定空洞的形狀，判斷其是圓形、橢圓形還是不規則形態；呈現空洞的邊緣特征，確定邊緣是否清晰、有無金屬原子堆積或流失的跡象。通過對微觀結構的細致成像，為定位電遷移空洞提供直觀且準確的圖像基礎。例如，清晰的空洞輪廓成像有助于準確界定空洞的位置和范圍。

（二）空洞檢測與定位

借助 SEM3200 配套的圖像分析軟件，能夠對銅互連中的電遷移空洞進行精準檢測與定位。軟件通過設定合適的算法，根據空洞與周圍銅基體在圖像中的對比度差異，自動識別空洞位置。對不同位置的多個空洞進行標記和統計，分析空洞在銅互連中的分布情況。精確的空洞檢測與定位為評估電遷移對銅互連的影響程度提供量化數據支持，有助于確定受電遷移影響最嚴重的區域。

（三）空洞與電遷移機制關聯研究

SEM3200 獲取的電遷移空洞數據，結合實際電遷移理論模型以及芯片工作時的電學參數，能夠輔助研究空洞形成與電遷移機制之間的關聯。通過對不同工作條件下銅互連空洞情況的對比分析，確定哪些因素對空洞的產生和發展影響顯著。例如，發現高電流密度和高溫共同作用會加速空洞的形成與擴展，為優化芯片散熱設計和降低電流密度提供依據，以有效抑制電遷移空洞的產生。

三、產品推薦

國儀量子 SEM3200 鎢燈絲掃描電鏡是銅互連電遷移空洞定位的理想設備。它具有良好的分辨率，能清晰捕捉到銅互連微觀結構的細微特征和空洞變化。操作界面人性化，配備自動功能，大大降低了操作難度，即使經驗不足的研究人員也能快速上手，高效完成空洞定位任務。設備性能穩定可靠，長時間連續工作仍能確保檢測結果的準確性與重復性。憑借這些優勢，SEM3200 為半導體芯片制造企業、科研機構提供了有力的技術支撐，助力評估芯片可靠性、優化芯片制造工藝，推動半導體產業的技術進步與發展。