Tiếng Việt 
日本語 (Japan) 
한국어 (Korean) 
中文 (Chinese) 
English (UK) Căn chỉnh lamella TEM là một bước thiết yếu để đảm bảo phân tích kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) đáng tin cậy, đặc biệt khi vùng quan tâm không chứa nền tinh thể có thể định hướng theo trục vùng (zone axis). Quy trình này trình bày cách một cửa sổ tham chiếu silicon phụ trợ có thể hỗ trợ định hướng lamella chính xác trong các mẫu bán dẫn có các tiếp điểm tungsten, cổng và các lớp điện môi.
Tại sao việc căn chỉnh theo trục vùng lại quan trọng trong quá trình chuẩn bị lamella TEM
Trong vi điện tử, các linh kiện thường được chế tạo trên một nền có các vùng được pha tạp khác nhau, bên trên được phủ các cổng để kiểm soát dòng điện. Các cổng sau đó được kết nối với nhau bằng nhiều lớp kim loại hóa, được ngăn cách bởi các lớp điện môi. Một khuyết tật cấu trúc có thể dẫn đến hỏng linh kiện hoặc ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động.
Chuẩn bị lamella TEM cho phép khảo sát vùng quan tâm ở độ phân giải cao.
Để thu được các phép đo TEM đáng tin cậy, lamella thường cần được định hướng theo trục vùng, thường sử dụng nền đơn tinh thể làm tham chiếu. Định hướng này cần thiết để đạt được hình ảnh ở độ phân giải nguyên tử, đo chính xác độ dày các lớp và thu được độ tương phản rõ ràng giữa các lớp mà không xuất hiện các hiện tượng giả ảnh.
Hình 1 thể hiện ảnh STEM ở 30 keV của một lamella TEM từ chip Intel 32 nm, bao gồm nền Si, các cổng, các tiếp điểm W và các đường dẫn của lớp kim loại hóa đầu tiên. Trong ví dụ này, nền silicon cung cấp một tham chiếu rõ ràng để định hướng lamella trong TEM.
Hình 1. Ảnh SEM STEM trường sáng (bright field) ở 30 keV của một lamella từ chip Intel 32 nm tại mức cổng.
Chuẩn bị lamella TEM dạng nhìn bằng phẳng (Plan-View) khi khuyết tật nằm cách xa nền
Đôi khi, khuyết tật dự kiến không nằm trên nền. Để xác định vị trí của khuyết tật, cần chuẩn bị một lamella dạng nhìn bằng phẳng (plan-view) song song với nền tại một mức cụ thể của linh kiện. Hình 2 thể hiện một lamella TEM được chuẩn bị từ cảm biến hình ảnh camera của điện thoại thông minh tại mức các tiếp điểm của cổng, kết nối lớp kim loại hóa đầu tiên với các cổng và được bao quanh bởi điện môi.
Tại thời điểm này, có hai phương án chuẩn bị khả thi, tùy thuộc vào vị trí dự kiến của khuyết tật. Trong trường hợp thứ nhất, nền silicon được loại bỏ hoàn toàn từ mặt sau, chỉ để lại các tiếp điểm tungsten và điện môi bên trong lamella. Trong tình huống này, không còn silicon để sử dụng làm tham chiếu định hướng lamella.
Trong trường hợp thứ hai, khi ưu tiên giữ lại các cổng và một phần nền, nền silicon được làm mỏng từ mặt sau xuống còn khoảng 100–200 nm.
Hình 2. Ảnh SEM SE ở 1 keV của mặt trước lamella TEM từ cảm biến camera của Xiaomi Mi5 Pro tại mức V0.
Sử dụng cửa sổ silicon phụ trợ làm tham chiếu trục vùng
Trong ví dụ này, độ dày của lamella khoảng 700 nm, bao gồm khoảng 200 nm silicon còn lại và 500 nm điện môi. Theo quy tắc kinh nghiệm, lớp vô định hình trong một lamella không nên vượt quá 20% tổng độ dày của lamella. Theo cách hiểu truyền thống, “vô định hình” đề cập đến lớp bị hư hỏng do quá trình đánh bóng bằng FIB, nhưng trong trường hợp này, thuật ngữ này đề cập đến lớp điện môi vô định hình.
Mặc dù điện áp gia tốc cao của TEM vẫn có thể tạo ra hình ảnh tốt từ lamella này, nhưng có thể khó thu được mẫu nhiễu xạ (diffraction pattern) từ silicon khi một phần lớn silicon bị che bởi lớp điện môi. Để cung cấp một tham chiếu rõ ràng nhằm căn chỉnh lamella theo trục vùng (zone axis), có thể mở thêm một cửa sổ phụ trợ thứ hai tại một vùng nhỏ nằm liền kề với vùng được làm mỏng chính. Cửa sổ này được đánh bóng cho đến khi chỉ còn lại nền silicon.
Hình 3 thể hiện hình ảnh cuối cùng của lamella trong Hình 2, trong đó 2 micromet ở ngoài cùng bên trái được đánh bóng thêm cho đến khi khu vực này chỉ còn silicon, với độ dày còn lại khoảng 150–200 nm.
Hình 3. Ảnh SEM SE ở 15 keV của một lamella TEM từ cảm biến camera Xiaomi Mi5 Pro tại mức V0.
Xác minh định hướng lamella bằng nhiễu xạ và hình ảnh STEM
Hình 4 thể hiện ảnh STEM trường sáng (bright field) tổng quan của lamella trong TENSOR, cùng với ảnh nhiễu xạ của lamella. Ảnh nhiễu xạ cho thấy lamella đã được định hướng chính xác theo trục vùng (zone axis) bằng cách sử dụng nền silicon làm tham chiếu.
Hình 5 thể hiện ảnh STEM trường sáng của một chi tiết trên lamella sau khi đã được căn chỉnh theo trục vùng. Kết hợp lại, các hình ảnh này cho thấy cách cửa sổ tham chiếu hỗ trợ việc căn chỉnh theo trục vùng khi vùng quan tâm không cung cấp một tham chiếu tinh thể rõ ràng.
Tác giả: Maksym Klymov
Trưởng Bộ phận Ứng dụng, TESCAN
Chi tiết sản phẩm liên quan: -
Liên hệ & Tư vấn chi tiết
