一种电子元器件表面腐蚀层厚度的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种电子元器件表面腐蚀层厚度的检测方法，属于分析检测技术领域。该方法采用飞行时间二次离子质谱仪对待测电子元器件样品表面进行腐蚀元素定位，采集样品表面成分信息，确认腐蚀元素，随后进行纵向深度剖析，当腐蚀元素原子数不再随剥离深度变化或检测不出腐蚀性元素时，以此时的剥离深度作为腐蚀层厚度。该方法检测步骤简单，成本较低，无须额外制样，检测效率高，检测灵敏度高可达ppm至ppb，精度达到纳米级，能够准确获取腐蚀层厚度，对微型元器件的质量评估、可靠性评估和失效分析等方面具有较大的应用前景。效分析等方面具有较大的应用前景。效分析等方面具有较大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种电子元器件表面腐蚀层厚度的检测方法


[0001]本专利技术涉及分析检测
，具体而言，涉及一种电子元器件表面腐蚀层厚度的检测方法。

技术介绍

[0002]随着信息技术的高速发展，电子元器件的集成化和小型化已成为趋势，极微量的吸附液膜或腐蚀产物都会对电子元器件的性能产生影响，电子元器件的腐蚀失效问题越来越突出。
[0003]目前，对电子设备中接点、连接件和集成电路等电子元器件使用的典型金属材料的环境腐蚀研究表明：在大多数工业环境空气中，引起电子设备金属腐蚀的气体主要有三类：SO2、H2S、NO
x
等酸性气体、NH3等碱性气体和O3氧化性气体，其中
‑
酸性气体在电子设备腐蚀中是最为有害的气体。H2S是含硫化合物中影响材料性能的主要代表物，即使ppb级浓度的H2S也可与金属在各种湿度条件下反应形成微量的腐蚀物。
[0004]为了更有效地分析电子元器腐蚀原因及其失效机理，评估元器件的安全性及可靠性，对元器件表面腐蚀层厚度的测试分析是必不可少的步骤。通过对腐蚀层厚度的测量，可以了解器件内部材料腐蚀失效的机理，提高器件的可靠性。
[0005]目前传统的腐蚀层厚度检测方法有3种：
[0006]A、采用超声波对腐蚀层进行测量，通过探头发出超声波脉冲，超声波冲破被测物表面涂抹的耦合剂，到达被测物之中，超声波遇到物体后部分发生反射，再通过探头接收反射回来的超声波计算腐蚀层厚度；
[0007]但该方法目前只能测试体积较大的样品，对于微型元器件产品无法进行测试，此外超声波检测的精度较差，无法准确测量出腐蚀层厚度。
[0008]B、采用聚焦离子束分析(FIB)与能量色散X射线光谱仪(EDS)联用技术，通过FIB对元器件材料先进行离子束切割，再对切割面进行腐蚀元素面分布分析，测试元素分布距离得到腐蚀层厚度；
[0009]但该方法由于EDS元素面分布精度较差，无法准确得到腐蚀层厚度。
[0010]C、采用透射电镜(TEM)与电子能量损失谱(EELS)联用技术，通过FIB对元器件腐蚀位置制成几十纳米薄片后，采用透射电镜观察，EELS确认腐蚀元素面分布分析，测试元素分布距离得到腐蚀层厚度；
[0011]但该方法制样难度大，元素检出限较高，集中在1％以上才可检测到，无法准确得到微量的腐蚀层厚度。
[0012]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于提供一种电子元器件表面腐蚀层厚度的检测方法，以克服上述技术问题。
[0014]本申请可这样实现：
[0015]本申请提供一种电子元器件表面腐蚀层厚度的检测方法，采用飞行时间二次离子质谱仪对待测电子元器件样品表面进行腐蚀元素定位，采集样品表面成分信息，确认腐蚀元素，随后进行纵向深度剖析，当腐蚀元素原子数不再随剥离深度变化或检测不出腐蚀性元素时，以此时的剥离深度作为腐蚀层厚度。
[0016]在可选的实施方式中，待测电子元器件样品包括芯片、贴片电阻、陶瓷电容或金属组件。
[0017]在可选的实施方式中，待测电子元器件样品的表面高度差不超过0.5μm。
[0018]在可选的实施方式中，进行纵向深度剖析之前，对置于飞行时间二次离子质谱仪的副舱室中的待测电子元器件第一次抽真空，随后送入主舱室第二次抽真空直至达到预设范围。
[0019]在可选的实施方式中，副舱室抽真空后的真空度≥10
‑6mbar；更优为10
‑6mbar
‑1×
10
‑7mbar。
[0020]在可选的实施方式中，主舱室抽真空后的真空度≥5.8
×
10
‑8mbar，更优为5.8
×
10
‑8mbar
‑1×
10
‑
10
mbar。
[0021]在可选的实施方式中，当主舱室内的真空度达预设范围后，开启离子源电源、分析仪电源和二次电子枪电源，载入离子源并对离子源进行校准；
[0022]当束流大小调节至预设范围后，加载电荷中和枪和离子枪，对离子枪进行校准，将仪器设置调换至负谱状态，设置电流循环时间后，对待测电子元器件样品进行对焦，选取测定区域采集样品表面成分信息。
[0023]在可选的实施方式中，离子源为Bi
+
源、Bi
3+
源、Ga
+
源、Au
+
源或C
60+
源。
[0024]在可选的实施方式中，束流为0.8pA
‑
1.1pA。
[0025]在可选的实施方式中，离子枪的电压根据待测电子元器件样品需要剥离的厚度进行设置：当待测电子元器件样品所需剥离的厚度＞0且≤500nm时，离子枪的电压为500V；当待测电子元器件样品所需剥离的厚度＞500nm且≤1μm时，离子枪的电压为1000V；当待测电子元器件样品所需剥离的厚度＞1μm 0且≤2μm时，离子枪的电压为2000V。
[0026]在可选的实施方式中，当待测电子元器件样品所需剥离的厚度＞0且≤100nm时，离子枪的电压为250V。
[0027]在可选的实施方式中，电流循环时间为80
‑
120μs，优选为100μs。
[0028]在可选的实施方式中，待测电子元器件样品的测试区域面积为30μm
×
30μm至500μm
×
500μm，分析区域面积为10μm
×
10μm至300μm
×
300μm。
[0029]在可选的实施方式中，包括以下步骤：纵向剖析参数包括：每分析1帧，暂停时间为溅射时间的1/4
‑
1/2；
[0030]在可选的实施方式中，溅射时间为2.0秒，暂停时间为0.5
‑
1秒。
[0031]本申请的有益效果包括：
[0032]本申请通过采用飞行时间二次离子质谱仪(TOF
‑
SIMS)对腐蚀元素定位(确认腐蚀元素)并进行纵向深度剖析，根据腐蚀元素的含量变化确定材料表面腐蚀层深度，得到腐蚀元素含量随深度变化的直观图，当腐蚀元素平稳或者低于检出限(检出限为ppm至ppb)时，确定为腐蚀层终点，得到腐蚀层厚度，其检出限可达ppm至ppb，精确度可达到纳米级。
[0033]该方法检测步骤简单方便，成本较低，无须额外制样，检测效率高，检测灵敏度高可达ppm至ppb，精度达到纳米级，能够准确获取腐蚀层厚度，对微型元器件的质量评估、可靠性评估和失效分析等方面具有较大的应用前景。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子元器件表面腐蚀层厚度的检测方法，其特征在于，采用飞行时间二次离子质谱仪对待测电子元器件样品表面进行腐蚀元素定位，采集样品表面成分信息，确认腐蚀元素，随后进行纵向深度剖析，当腐蚀元素原子数不再随剥离深度变化或检测不出腐蚀性元素时，以此时的剥离深度作为腐蚀层厚度；优选地，所述待测电子元器件样品包括芯片、贴片电阻、陶瓷电容或金属组件。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述待测电子元器件样品的表面高度差不超过0.5μm。3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，进行纵向深度剖析之前，对置于所述飞行时间二次离子质谱仪的副舱室中的所述待测电子元器件第一次抽真空，随后送入主舱室第二次抽真空直至达到预设范围；优选地，所述副舱室抽真空后的真空度≥10
‑6mbar；更优为10
‑6mbar
‑1×
10
‑7mbar；优选地，所述主舱室抽真空后的真空度≥5.8
×
10
‑8mbar，更优为5.8
×
10
‑8mbar
‑1×
10
‑
10
mbar。4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，当所述主舱室内的真空度达预设范围后，开启离子源电源、分析仪电源和二次电子枪电源，载入离子源并对离子源进行校准；当束流大小调节至预设范围后，加载电荷中和枪和离子枪，对离子枪进行校准，将仪器设置调换至负谱状态，设置电流循环时间后，对所述待测电子元器件样品进行对焦，选取测定区域采集样品表面成分信息。5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖运彬，陈兰，彭博，徐焕翔，刘子莲，朱刚，
申请(专利权)人：中国电子产品可靠性与环境试验研究所工业和信息化部电子第五研究所中国赛宝实验室，
类型：发明
国别省市：