基于导数法的eCHORD取向映射技术优化及其在半导体材料微结构表征中的应用

研究人员针对电子通道取向测定(eCHORD)技术中存在的索引误差问题，提出通过微分处理强度剖面数据的新方法，显著提高了铜互连和镍基样品中孪晶界面的取向测定精度。该研究通过对比电子背散射衍射(EBSD)验证了改进技术的可靠性，为半导体材料微结构表征提供了新工具。

　　

在半导体工业和先进材料领域，精确表征晶体材料的微观结构至关重要。传统电子背散射衍射(EBSD)技术虽然成熟，但对样品制备要求苛刻且分辨率有限。法国INSA Lyon等机构的研究团队开发的电子通道取向测定(eCHORD)技术，通过采集样品旋转过程中的背散射电子(BSE)信号实现取向映射，但在处理强动态衍射材料(如铜)时存在索引误差问题。

这项发表在《Microscopy and Microanalysis》的研究创新性地引入导数法处理强度剖面数据。研究人员发现，原始eCHORD技术直接比对实验与理论强度剖面时，衍射峰强度差异会导致错误索引。通过数值微分强调峰位特征而非振幅，成功解决了铜互连中亚微米孪晶(60°<111>的E3孪晶和40°<110>的E9孪晶)的准确识别难题，并在镍基样品中验证了与EBSD结果的一致性。

关键技术包括：1) 在15keV加速电压下采集120幅BSE图像序列(旋转步长3°)；2) 非局部均值去噪(NLMD)预处理；3) 基于Python的暴力匹配算法比对400万组动态衍射模拟剖面；4) 采用MTEX软件进行取向分布分析。

实验观察与索引优化
原始索引方法在铜互连样品中产生31.7°的错误取向角，而导数法将误差降至理论值59.6°(接近60°孪晶标准)。微分处理后的剖面显示出更尖锐的峰位对应性，如图3所示，有效抑制了强度不匹配引起的误判。

镍基合金验证
如图5所示，导数法(eCHORD-diff.1)结果与EBSD高度吻合，错误索引区域(图5白圈处)完全消除。通过分析孪晶界分布(图6)，证实该方法可准确识别Σ3和Σ9孪晶，为无应变材料的生长孪晶研究提供新手段。

该研究突破性地将信号处理方法引入晶体学表征领域，使eCHORD技术对铜等强衍射材料的适用性显著提升。通过优先匹配衍射峰位特征，不仅解决了微电子芯片中铜互连的亚微米结构表征难题，更为宽泛的金属合金体系取向分析建立了新标准。这种改进策略无需复杂设备升级，仅通过算法优化即可实现，为工业界的在线质量检测提供了高性价比解决方案。