EDS / EELS｜TEM / SEM元素分析
分析概略
SEMからTEMまで、Si・化合物半導体の多角的な評価を実現
デバイスの微細化と材料の多様化が進む中、当社ではSEMによる広域観察から、TEM/STEMによる原子レベルの解析まで、最適な手法を組み合わせて提供します。
SEM-EDS：広範囲・迅速なスクリーニング
走査電子顕微鏡（SEM）を用いたEDS分析は、解析の第一歩として有効です。特徴: 試料の前処理が比較的容易で、数mmから数十μm単位の広範囲を迅速に評価。
半導体での用途: パッケージ断面の異物特定、電極配線の剥離解析、Siウェハ上のパーティクル分析。
TEM/STEM-EDS：重元素のナノ局所分析
透過電子顕微鏡（TEM）を用いることで、ナノメートルオーダーの解析が可能になります。
特徴: 重元素に対して高い感度を持ち、多元素の分布を同時にマッピング。
半導体での用途: 化合物半導体（SiC, GaN, GaAs, AlN）の組成評価や、メタル配線の拡散防止膜の連続性確認。
TEM/STEM-EELS：軽元素・状態分析の極致
電子エネルギー損失分光法（EELS）は、次世代デバイス解析の切り札です。
特徴:軽元素（B, C, N, O）の検出に優れ、化学結合状態（酸化数など）を特定。
半導体での用途: SiCのポリタイプ識別、Si半導体の極薄ゲート絶縁膜（SiO2, High-k）の界面急峻性評価。
対象試料の事例
- Ⅲ-Ⅴ・GaN系薄膜・ デバイスの断面構造観察及び元素分析
- Si系薄膜・ デバイスの断面構造観察及び元素分析
- その他各種固体材料の元素分析
- 燃料電池触媒の元素分析
- 有機EL素子等、有機デバイスの元素分析
原理/特徴
ESDは試料に電子線が照射された際に発生した特性X線の電子エネルギーから元素と濃度を分析する手法です。その一方、EELSは試料に電子線を照射し、非弾性散乱によるエネルギー損失を計測する分析方法。また、EELSではEDSでは分析できない状態分析が行えるのが特徴です。
- 元素分析（ポイント、ライン、マッピング分析）
- 元素像の高分解能マッピング
- 状態分析（EELS）
分析手法の比較・使い分け
| 分析手法 | 主なターゲット | 得意な元素 | デバイス解析の例 |
| SEM-EDS | 広域・表面・断面 | 中～重元素 | 故障箇所特定、プロセス汚染評価 |
| TEM / STEM-EDS | ナノ局所・構造 | 重元素（B以上） | 化合物半導体の混晶比定量、不明瞭な元素同定 |
| TEM / STEM-EELS | 原子層界面・化学状態 | 軽元素（H以上） | SiC / GaNの欠陥評価、酸化膜解析、状態分析 |
分析事例
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Fin FET構造 Gate cut TEM薄片のEELS元素マッピング分析 元素マッピングからHigh-kゲート絶縁膜のHfO2・バリア層のTiN・ソース・ドレイン下層の高濃度Ge層を確認することが可能。 |
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High-kメタルゲート試料のEELS 元素の結合状態分析 EELSを用いたライン分析の結果、スペクトルからAlTiO・AlTi及びTiNの結合状態の分離が可能。 |
EELSとEDSの比較： 不特定元素の評価にはEDSを用いた解析が適しているが、一方、ナノスケールの微細Siデバイス評価ではEELSを用いることでより明確に構造を解析することが可能。 |
EELSとEDSの比較： 原子スケールによるEDSとEELSを併用することでEDSではSrとFeを、EELSではOの原子位置を明確に特定することが可能。 |
