Scannen Mikrowellen-Mikroskopie für Halbleiter-Fehleranalyse

Durch Wenhai Han
Gefördert durch Keysight-Technologien

Inhaltsverzeichnis

Halbleiter Fehleranalyse
Einleitung zu SMM
SMM für Halbleiter
Experiment
Ergebnisse
Schlussfolgerungen
Bezüge
Über Keysight-Technologien

Halbleiter Fehleranalyse

Fehleranalyse ist ein wesentlicher Prozess in den Entwicklung neuen Produkten und/oder in der Verbesserung von vorhandenen Produkten in der Halbleiterindustrie. Erfolgreiche Fehleranalyse kann die Grundursache einer ausfallen Einheit kennzeichnen und Abhilfemaßnahmen führen.

Halbleiterfehleranalyse bezieht häufig einige verschiedene Techniken, wie Kurvendiskussion, Rasterelektronenmikroskopie, Transmissions-Elektronenmikroskopie, microthermography und fokussierte Ionenträgeranalyse mit ein. Einige Techniken, die auf Atomkraftmikroskopie, (AFM) wie Scannenkapazitanzmikroskopie, leitfähiges FLUGHANDBUCH und Ausbreitungswiderstandmikroskopie des Scannens basieren, sind auch für die Analyse von verschiedenen ausfallen Einheiten [1] verwendet worden.

In diesem Artikel wird Halbleiterfehleranalyse unter Verwendung Keysight-Technologien' neuentwickelte Scannen-Mikrowellen (SMM)mikroskopie [2-5] demonstriert.

Einleitung zu SMM

Scannenmikrowellenmikroskopie kombiniert die hohe Ortsauflösung, die durch ein Atomkraftmikroskop mit (AFM) den Hochempfindlichkeit elektrischen Maßfähigkeiten eines VektorNetzwerkanalysators geleistet wird (VNA). In SMM [2], passiert ein Vorfallmikrowellensignal, das vom VNA erzeugt wird, durch einen übereingestimmten Schwingkreis im FLUGHANDBUCH und erreicht das Ende eines leitfähigen Fühlers, der in Verbindung mit einer Oberfläche ist. Die reflektierte Mikrowelle von der Kontaktstelle wird durch den Fühler ermittlt und zurückgebracht zum VNA.

Durch das Messen des komplexen Reflexionsfaktors oder Parameter S11 wird die Kapazitanz/der Widerstand an der Kontaktstelle vom VNA erreicht. In der Praxis sind die abgebildeten Signale der Logarithmus der Reflexionsfaktoramplitude, beschriftet als VNA-Amplitude und die VNA-Phase. Nach richtiger Kalibrierung können die Kontaktkapazitanz/-widerstand von den VNA-Amplituden- und -phasenwerten berechnet werden. Vor der Einleitung von SMM, nur qualitative Maße waren für dieses Baumuster der Fehleranalysearbeit verwendet worden.

Keysight-Exklusives SMM arbeitet an allen bedeutenden Halbleiterbaumustern: Si, GE, III-V (z.B., GaAs, InAs, GaN) und II-VI (z.B., CdTe, ZnSe). Anders Als Scannenfühler kapazitive Techniken benötigt SMM keine Oxidschicht. Es ist auch eine großartige Wahl für eine große Auswahl von Anwendungen der biologischer und Materialwissenschaft, einschließlich die Kennzeichnung von Zwischenflächen- Eigenschaften und von Kontrast von den molekularen Schwingungsmodi. Zusätzlich zu seiner Fähigkeit, an Halbleitern, Gläser, Polymere, Keramik und Metalle zu arbeiten, lässt die Technik Keysight FLUGHANDBUCH-Benutzer Hochempfindlichkeit Untersuchungen von ferroelectric, dielektrischen und PZT-Materialien durchführen. Studien von organischen Filmen, von Membranen, von biologischen Proben und von Ionenkanälen können von dem Gebrauch SMM auch profitieren.

SMM für Halbleiter

Wenn ein Metall-Fühler in Verbindung mit einer Silikonoberfläche ist-, bildet er einen Metall-Oxidhalbleiter Kondensator - wohles studiert in der Halbleiterphysik [6]. In einem vereinfachten eindimensionalen Baumuster kommt die Gesamtkapazitanz von den Beiträgen von zwei Kondensatoren, die in der Serie angeschlossen werden: die dielektrische Schicht des Oberflächenoxids mit einer örtlich festgelegten Kapazitanz und die darunterliegend Sperrschicht in der Silikonsubstratfläche mit einer variablen Kapazitanz.

Die Kapazitanzvariante der Sperrschicht in Erwiderung auf eine angewandte WS-Vorspannung wird durch die Entleerungstiefe bestimmt, die der Reihe nach in großem Maße durch die Dotierungskonzentration in der Substratfläche beeinflußt wird. Deshalb indem Sie die Kapazitanz messen, ändern Sie verursacht durch die angewandte WS-Vorspannung, oder dC/dV, die Dotierungskonzentration an jeder Kontaktstelle kann abgebildet werden. Jedes Mögliches Versagen wegen der anormalen Dotierungskonzentration kann vom dC-/dVbild, gleichzeitig mit dem Kapazitanzbild dann gekennzeichnet werden, das vom VNA-Amplitudensignal gemessen wird.

Experiment

Die Probe, die geprüft wurde, war ein depackaged statischer direkter Speicherchip 250nm (SRAM). Ein Speicherplatz Standard-SRAM-Geräts enthält sechs Bereicheffekttransistoren (FETs): zwei P-artige FETs in einer N-lackierten Vertiefung und vier N-artige FETs in einer Vertiefung des Nachbars P. Unter Tausenden der Speicherplätze auf dem Chip, wurde man ausfallen gefunden. Innerhalb des ausfallen Bits wurde ein N-artiger FET gemessen, einen anormalen Schwellwertspannung Vt habend. Es war der 48. N-artige FET auf dieser Reihe, wie in Abbildung 1. gezeigt.

Abbildung 1. Optisches Bild von einem kleinen Kapitel des geprüften SRAM-Chips. Das ausfallen Bit enthält einen N-artigen FET (den 48. auf dieser Reihe) mit einem anormalen Vt.

Scannenmikrowellenmikroskopie wurde dann verwendet, um alle ungewöhnlichen Eigenschaften des Transistors (d.h., Eigenschaften, die von denen vom anderen, sich unterschieden normale Transistoren) zu finden. Ein reiner Pint-Metallfühler und ein leitfähig überzogener Silikonfühler wurden beide verwendet. Der Pint-Metallfühler war- ìm 300 bis 400 lang und gemacht vom festen Platin, das an einer Aluminiumsubstratfläche montiert wurde. Seine Federkonstante wurde als seiend von 0,3 bis 0,8 nN/nm geschätzt; sein Spitzenradius Biegung war ungefähr 10 bis 20 nm. Der Silikonfühler war das ìm 125, das mit Ti 20nm und 10nm Pint lang und überzogen ist. Seine nominale Federkonstante war 5 nN/nm und sie hatte einen Spitzenradius von ungefähr 40 nm.

Scannen wurde unter Umgebungsbedingungen im Kontaktmodus durchgeführt. Ausgewählte Mikrowellenoperationsfrequenzen waren zwischen 2 und 5 Gigahertz. Die Niederfrequenzmodulation war herum 80 kHz. Die Scan-Kinetik war gewöhnlich von 0,5 bis 1 Zeile/sek. Beide Baumuster Fühler zeigten konsequente SMM-Auswirkungen auf das SRAM-Chip.

Ergebnisse

Um jedes mögliche Problem mit einem genügenden Niveau des Sonderkommandos, wurden alle zwei Paare FETs auf der gleichen Reihe wie der ausfallen FET genau zu kennzeichnen, von dem 43./44. Paare durch das 51./52. Paare, wie in Abbildung gezeigt 2. Insgesamt vier Sets Bilder gescannt (A, B, C, D) wurde unter den gleichen Bedingungen erworben. Jedes Set (untere) Bilder enthielt Topographie (Oberseite), dC/dV (mittlere) und VNA-Amplitude, die gleichzeitig erhalten wurden. Zu Illustrationszwecken wurden die gerade Zahl N-artigen FETs auf der gleichen Reihe wie der ausfallen FET mit Quadraten in allen Bildern umrissen.

Abbildung 2. Vier Sets (A, B, C, D) von Scannenmikrowellen-Mikroskopiebildern auf dem ausfallen SRAM-Chip. Jedes Set (die unteren) Bilder enthält Topographie (Oberseite), dC/dV (mittlere) und VNA-Amplitude, gleichzeitig erworben. Die roten Quadrate umreißen den ausfallen 48. N-artigen FET; die blauen Quadrate sind normale N-artige FETs auf der gleichen Reihe.

Die Topographiebilder des 48. N-artigen FET, durch die roten Quadrate in den Abbildungen 2 B1 und C1 umrissen, schienen, keinen Zellenunterschied zu haben, der mit dem anderen, normale N-artige FETs verglichen wurde (blaue Quadrate sowie die unmarkierten in allen Topographiebildern). Sie waren auch denen sehr ähnlich, die auf anderen SRAM-Proben [2, 4] gesehen wurden.

In den dC-/dVbildern jedoch war der Unterschied ziemlich wahrnehmbar. Jeder normale N-artige FET (blaues Quadrat) zeigte durchweg einen dunklen Bereich nahe der Mitte. Der dunkle (niedrige) Wert im dC-/dVbild stellte P-artigen Dopant des gut herein Kanals dar. Der 48. N-artige FET war andererseits ohne irgendeinen Kontrast vollständig flach, wie in den roten Quadraten von gezeigt Abbildung 2 B2 und C2.

Das fehlende Pdopant Signal im 48. N-artigen FET zeigte offenbar eine Änderung der Dopantzelle im Kanalbereich des Transistors an. Die VNA-Amplitudenbilder des 48. N-artigen FET, wenn sie sorgfältig in den Abbildungen 2 B3 und C3 geprüft werden, irgendeine unterschiedliche Zelle auch gezeigt, verglichen mit dem anderen, normale N-artige FETs. Dieses zeigte eine andere Kapazitanz/einen Widerstandwert an.

Schlussfolgerungen

Das Hilfsprogramm von Scannenmikrowellenmikroskopie für Halbleiterfehleranalyse ist demonstriert worden. Die Bilder der Dotierungskonzentration gemessen vom dC-/dVsignal auf einem SRAM-Chip kennzeichneten offenbar eine ungewöhnliche Dopantzelle in einem ausfallen N-Baumuster FET, das von anderem sich unterschied, normale N-artige FETs. Die Kapazitanzbilder, die von der VNA-Amplitude zeigten gemessen wurden auch, einen anderen Kontrast im Transistor.

Dieses Experiment hat gezeigt, dass scannende Mikrowellenmikroskopie ein bequemes Direktdarstellung Hilfsmittel für das Prüfen einer Vielzahl des elektrischen Versagens in den Halbleiterbauelementen am Mikrometer zur nmschuppe sein kann, die nicht von der Oberflächentopographiezelle sichtbar sind.

Bezüge

[1] Zum Beispiel P. Tangyunyong und C.Y. Nakakura, J. Vac. Sci. Technol. 21, 1539 (2003); T. Zange und A. Erickson, ISTFA 2004, Internationales Symposium für die Prüfung und Fehleranalyse, 42 (2004).

[2] Wenhai Han, Keysight-Anwendungs-Anmerkung 5989-8881EN, 2008.

[3] F. Michael Serry, Keysight-Anwendungs-Anmerkung 5989-8818EN, 2008.

[4] Wenhai Han und Hassan Tanbakuchi, ISPM 08, Internationale Scannen-Fühler-Mikroskopie-Konferenz, Seattle, Im Juni 2008.

[5] Wenhai Han, Photonics-Spektren Im Mai 2008 P. 58.

[6] E.H. Nicollian und J.R. Brews, MOS (MetallOxid-Halbleiter) Physics und Technology, Wiley, New York, 1982.

Über Keysight-Technologien

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Quelle: Keysight-Technologien

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Date Added: Apr 29, 2011 | Updated: Dec 16, 2014

Last Update: 16. December 2014 07:33

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