FA 失效分析
TEM 分析
透射电镜原子尺度结构与晶体缺陷分析
1测试概述
透射电子显微镜（TEM）用高能电子束穿透超薄样品，获得原子级分辨率的形貌、衍射与高分辨像，用于观察栅氧层、金属互连、接触孔、晶体缺陷（位错、层错）、界面扩散与纳米尺度析出物等，是 FA 中分辨率最高的结构分析手段。
2测试目的
- 在原子尺度观察纳米级缺陷与界面结构；
- 通过电子衍射判定晶体取向与物相；
- 配合 EDS/EELS 做纳米尺度成分与键态分析；
- 为先进工艺节点失效（栅氧击穿、电迁移）提供直接证据。
3适用标准
ASTM E1508
微区成分/显微分析通用指南
MIL-STD-883
微电路微观结构物理分析相关条款
注：以上为行业常用参考标准，具体执行标准以受托实验室现行有效版本及 CNAS/CMA 认可范围为准。
4测试方法与流程
4.1 样品准备
- 由 FIB 制备的电子可透射超薄样品（约几十~百纳米）；
- 样品尺寸适配 TEM 铜网/载网；
- 表面无颗粒污染，真空兼容。
4.2 测试条件与参数
| 参数项 | 要求/范围 | 说明 |
|---|
| 加速电压 | 通常 120~300 kV | 决定穿透与分辨率 |
| 点分辨率 | 亚埃~纳米级 | 取决于设备 |
| 成像模式 | 明场/暗场/HADDF/衍射 | 按需选择 |
| 样品厚度 | < 电子穿透厚度 | 保证衬度与分辨 |
4.3 测试步骤
- 将 FIB 提取的薄片装于 TEM 样品杆；
- 抽真空、加高压，低倍定位观察区域；
- 明/暗场观察形貌，拍摄高分辨像与衍射谱；
- 必要时做 EDS/EELS 微区成分分析；
- 导出图像与衍射数据并判读晶体/界面缺陷。
5主要设备与仪器
- 透射电子显微镜（TEM，含 STEM/能谱可选）
- FIB 样品制备系统
- 图像与衍射分析软件
6结果与判定
主要结果参数
- 高分辨形貌：栅氧厚度、界面原子排列、缺陷类型；
- 电子衍射：物相与晶体取向；
- 纳米成分分布（配合 EDS/EELS）。
判定依据
以高分辨像与衍射结果判定是否存在栅氧击穿、位错、界面扩散、异常析出等缺陷，并与电性失效机理对应。
7注意事项
安全提示：TEM 为高压强磁场真空设备，严禁携带磁性物品靠近；样品交换须严格泄压。
- TEM 视场极小，样品制备定位精度决定成败；
- 电子束可能造成辐照损伤，对敏感区域低剂量成像；
- 超薄样品易弯曲/破裂，操作轻柔；
- 结果需结合 SEM/FIB 形貌综合判断。