Auger俄歇电子显微镜元素分析

1~25kV肖特基热场发射电子源产生的电子经电磁透镜聚焦形成 < 3 nm电子束，由其激发样品产生二次电子，经过共轴探测器的收集，配合电磁透镜及软件修正可达到3nm的空间分辨率。二次电子成像可对样品形貌进行分析。对元器件及电路进行失效分析时，直观判断失效点所处位置。初步断定失效点是由应力引起的结构损坏还是由污染杂质引起的沾污失效。可研究材料性能与微观形貌的关系，对材料成分、均匀性进行分析和研究。同时可为后续俄歇分析提供直观精确的图像。

图2.1 Au颗粒沉积在石墨衬底上。左图：二次电子影像，提供元器件的直观影

像；右图：俄歇电子影像，提供元器件的化学成分分布。

由入射电子束激发样品产生俄歇电子，经共轴式探测器（CMA）收集，可生成俄歇电子能谱。CMA独特设计，将接收角扩大至90°，避免了形貌对化学元素分布的影响。在对元器件及电路进行分析时，可借助高倍二次电子影像定位，对失效点做进一步分析，判断失效点与正常区域成分的变化。从根源上查找造成失效点的可能原因。

图2.2 电路上的颗粒失效点。a. 用聚焦离子束（FIB）制备失效点的横截；b.失效点放大的二次电子影像；c. 俄歇电子影像。从二次电子影像仅能够观察到失效点形貌，而俄歇影像中可以观察到失效点主要组成为二氧化硅，并且表面由W

元素覆盖，可初步判定失效点来源于多晶硅的沉积过程

图2.3 Al/TiN线上失效点分析。在SEM显微镜下并不能清晰观察到失效点位置和轮廓。失效点很薄，不能采用EDS分析，然而俄歇图谱能清晰观测到失效点

位置和轮廓，并能进行成分分析。

在化学元素定性的基础上，可对化学元素做定量分析，分析器大的接收角度可使产生的俄歇电子被尽量收集，提高定量分析的精度。优秀的定量能力可为元器件研发，失效分析提供可靠的改善依据。

图2.4 Si纳米线表面元素分析及深度剖析。a. Si纳米线SEM图像；b. Si纳米线表面微区元素定性定量; c. 常中心旋转样品深度剖析示意图；d. 深度剖析元素含量随深度含量变化曲线。

高能量分辨率的设计，不仅可以判断元素种类，而且对同种元素还可做化学状态的区分与定量。在元器件分析时，可区分不同硅化物中Si元素的化学状态及含量。

图2.5 俄歇可对元器件中硅元素的不同化学状态进行区分。

综上所述，除具备普通电镜可观察样品的微观形貌外，还可以以较高空间分辨率对样品微观区域进行元素定性和定量分析，筒镜式高灵敏度分析器（CMA）甚至可区分相同元素的不同化学状态。作为表面分析仪器，其在Z方向的信息来源深度仅为几个原子层，可以更精准定位分析位置。在元器件失效分析时，不仅能精准定位失效位置，还能对失效位置进行元素定性和定量分析及相应的化学成份分析，判断引起元器件失效的物质和引入的过程；选配EBSD等配件，还可对晶体学缺陷进行分析。总之，俄歇电子能谱仪具备对元器件和电路进行针对性分析以及对材料构件的断口成分分布、缺陷定性和定量的能力。对元器件的研发、加工、生产具有重要的指导意义。