国仪量子电镜在铜互连电迁移空洞定位的应用报告

一、背景介绍

在半导体芯片制造领域，随着芯片集成度的不断提升，芯片内部的互连结构对于确保高效、稳定的信号传输至关重要。铜互连因其低电阻、高电导率以及良好的抗电迁移性能，成为现代超大规模集成电路中互连材料的首选。在复杂的芯片电路中，铜互连负责连接各个晶体管和功能模块，保障电流顺畅流动，实现芯片的各种功能。

然而，在芯片长时间工作过程中，由于高电流密度的持续作用，铜互连面临着电迁移问题的挑战。电迁移是指在电场作用下，金属原子沿着导体内部的晶格结构发生定向迁移的现象。这一过程会导致铜原子从某些区域流失，进而在铜互连内部形成空洞。电迁移空洞的出现会显著增加铜互连的电阻，阻碍电流传输，引发信号延迟、电压降增大等问题。严重时，空洞的不断扩大甚至可能导致铜互连线路断裂，造成芯片短路或断路，使芯片完全失效。电迁移空洞的形成与电流密度、温度、铜互连的微观结构以及所施加的电场强度等多种因素密切相关。因此，精准定位铜互连中的电迁移空洞，对评估芯片可靠性、优化芯片设计与制造工艺、延长芯片使用寿命具有重要意义。

二、电镜应用能力

（一）微观结构成像

国仪量子 SEM3200 电镜具备高分辨率成像能力，能够清晰呈现铜互连的微观结构。可精确观察到铜互连内部是否存在电迁移空洞，确定空洞的形状，判断其是圆形、椭圆形还是不规则形态；呈现空洞的边缘特征，确定边缘是否清晰、有无金属原子堆积或流失的迹象。通过对微观结构的细致成像，为定位电迁移空洞提供直观且准确的图像基础。例如，清晰的空洞轮廓成像有助于准确界定空洞的位置和范围。

（二）空洞检测与定位

借助 SEM3200 配套的图像分析软件，能够对铜互连中的电迁移空洞进行精准检测与定位。软件通过设定合适的算法，根据空洞与周围铜基体在图像中的对比度差异，自动识别空洞位置。对不同位置的多个空洞进行标记和统计，分析空洞在铜互连中的分布情况。精确的空洞检测与定位为评估电迁移对铜互连的影响程度提供量化数据支持，有助于确定受电迁移影响最严重的区域。

（三）空洞与电迁移机制关联研究

SEM3200 获取的电迁移空洞数据，结合实际电迁移理论模型以及芯片工作时的电学参数，能够辅助研究空洞形成与电迁移机制之间的关联。通过对不同工作条件下铜互连空洞情况的对比分析，确定哪些因素对空洞的产生和发展影响显著。例如，发现高电流密度和高温共同作用会加速空洞的形成与扩展，为优化芯片散热设计和降低电流密度提供依据，以有效抑制电迁移空洞的产生。

三、产品推荐

国仪量子 SEM3200 钨灯丝扫描电镜是铜互连电迁移空洞定位的理想设备。它具有良好的分辨率，能清晰捕捉到铜互连微观结构的细微特征和空洞变化。操作界面人性化，配备自动功能，大大降低了操作难度，即使经验不足的研究人员也能快速上手，高效完成空洞定位任务。设备性能稳定可靠，长时间连续工作仍能确保检测结果的准确性与重复性。凭借这些优势，SEM3200 为半导体芯片制造企业、科研机构提供了有力的技术支撑，助力评估芯片可靠性、优化芯片制造工艺，推动半导体产业的技术进步与发展。