Microscopia de la Microonda de la Exploración para el Análisis del Incidente del Semiconductor

Por Wenhai Han
Patrocinado por las Tecnologías de Keysight

Índice

Análisis del Incidente del Semiconductor
Introducción a SMM
SMM para los Semiconductores
Experimento
Resultados
Conclusiones
Referencias
Sobre las Tecnologías de Keysight

Análisis del Incidente del Semiconductor

El análisis del Incidente es un proceso vital en el revelado de nuevos productos y/o la mejoría de productos existentes en la industria del semiconductor. El análisis Acertado del incidente puede determinar la causa original de un dispositivo fallado y conducir acciones correctivas.

El análisis del incidente del Semiconductor implica a menudo varias diversas técnicas, tales como trazado de curva, microscopia electrónica de la exploración, microscopia electrónica de transmisión, microthermography, y análisis enfocado del haz de ión. Varias técnicas basadas en microscopia atómica de la fuerza (AFM), tal como microscopia de la capacitancia de la exploración, AFM conductor, y microscopia de la resistencia que se extendía de la exploración, también se han utilizado para el análisis de los diversos dispositivos fallados [1].

En este artículo, el análisis del incidente del semiconductor usando microscopia recientemente desarrollada de la microonda de la exploración de las Tecnologías de Keysight la' (SMM) [2-5] se demuestra.

Introducción a SMM

La microscopia de la microonda de la Exploración combina la alta resolución espacial permitida por un microscopio atómico de la fuerza (AFM) con las capacidades eléctricas de la medición de la alto-sensibilidad de un analizador de red del vector (VNA). En SMM [2], una señal de la microonda del incidente generada del VNA pasa a través de un circuito resonante correspondido con en el AFM y alcanza el extremo de una antena conductora, que está en contacto con una superficie. La microonda reflejada de la punta de contacto es detectada por la antena y vuelta al VNA.

Midiendo el coeficiente de reflexión complejo, o el parámetro S11, la capacitancia/la impedancia en la punta de contacto se obtiene del VNA. En la práctica, las señales correlacionadas son el logaritmo de la amplitud del coeficiente de reflexión, etiqueta como amplitud de VNA, y la fase de VNA. Después de la calibración apropiada, la capacitancia/la impedancia del contacto se puede derivar de los valores de la amplitud y de la fase de VNA. Antes de la introducción de SMM, solamente las mediciones cualitativas habían sido utilizadas para este tipo de trabajo de análisis del incidente.

SMM Keysight-Exclusivo trabaja en todos los tipos importantes del semiconductor: Si, GE, III-V (e.g., GaAs, InAs, GaN), e II-VI (e.g., CdTe, ZnSe). A Diferencia de técnicas capacitivas de la exploración-antena, SMM no requiere una capa del óxido. Es también una opción magnífica para una amplia gama de aplicaciones de la ciencia biológica y material, incluyendo la caracterización de propiedades y del contraste de cara a cara de modos vibratorios moleculares. Además de su capacidad de trabajar en los semiconductores, cristales, polímeros, cerámica, y metales, la técnica permite a los utilizadores de Keysight AFM realizar investigaciones de la alto-sensibilidad de los materiales ferroeléctricos, dieléctricos, y de PZT. Los Estudios de películas orgánicas, de membranas, de muestras biológicas, y de canales del ión pueden también beneficiarse del uso de SMM.

SMM para los Semiconductores

Cuando una antena del metal está en contacto con una superficie del silicio, forma un condensador del óxido-semiconductor del metal - bien estudiada en la física del semiconductor [6]. En un modelo unidimensional simplificado, la capacitancia total viene de las contribuciones de dos condensadores conectados en serie: la capa dieléctrica del óxido superficial con una capacitancia fija y debajo la capa de agotamiento en el substrato de silicio con una capacitancia variable.

La variación de la capacitancia de la capa de agotamiento en respuesta a un polarizado aplicado de la CA es determinada por la profundidad del agotamiento, que a su vez es afectada en gran parte por la concentración de dopante en el substrato. Por Lo Tanto, midiendo la capacitancia cambie inducido por el polarizado aplicado de la CA, o dC/dV, la concentración de dopante en cada punta de contacto puede ser correlacionado. Cualquier incidente debido a la concentración de dopante anormal se puede entonces determinar de la imagen de dC/dV, simultáneamente con la imagen de la capacitancia medida de la señal de la amplitud de VNA.

Experimento

La muestra que era probada era un chip de memoria de acceso aleatorio estático depackaged 250nm (SRAM). Una célula de dígito binario estándar de la unidad de SRAM contiene seis transistores de efecto de campo (FETs): dos p-tipo FETs en un receptor de papel n-dopado y cuatro n-tipo FETs en un receptor de papel del vecino p. Entre millares de células de dígito binario en la viruta, uno fue encontrado fallado. Dentro del dígito binario fallado, un n-tipo FET fue medido teniendo un Vt anormal del voltaje del umbral. Era el 48.o n-tipo FET en esa fila, tal y como se muestra en del Cuadro 1.

Cuadro 1. imagen Óptica de una pequeña sección de la viruta probada de SRAM. El dígito binario fallado contiene un n-tipo FET (el 48.o en esa fila) con un Vt anormal.

La microscopia de la microonda de la Exploración entonces fue utilizada en un intento por encontrar cualquier propiedad inusual del transistor (es decir, las propiedades que difirieron de las de la otra, transistores normales). Una antena pura y una antena conductor revestida ambas del metal de la Pinta del silicio fueron utilizadas. La antena del metal de la Pinta era el ìm 300 a 400 de largo y hecho del platino sólido montado en un substrato de aluminio. Su constante del muelle era estimado como siendo a partir 0,3 a 0,8 nN/nm; su radio de la punta de curvatura era aproximadamente 10 a 20 nanómetro. La antena del silicio era el ìm 125 largo y revestido con el Ti 20nm y 10nm Pinta. Su constante nominal del muelle era 5 nN/nm y tenía un radio de la punta de cerca de 40 nanómetro.

La Exploración fue realizada bajo condiciones ambiente en modo de contacto. Las frecuencias Seleccionadas de la operación de la microonda estaban entre 2 y 5 Gigahertz. La modulación de baja fricción era alrededor 80 kilociclos. El tipo de exploración era típicamente a partir 0,5 a 1 líneas/sec. Ambos tipos de antenas mostraron resultados constantes de SMM en la viruta de SRAM.

Resultados

Para determinar exactamente cualquier problema posible con un suficiente nivel de detalle, cada dos pares de FETs en la misma fila que el FET fallado fueron explorados, del 43.o/los 44.os pares con los 51.os/los 52.os pares, tal y como se muestra en de Cuadro 2. Un total de cuatro conjuntos de imágenes (A, B, C, D) fue detectada bajo mismas condiciones. Cada conjunto contuvo la topografía (parte superior), dC/dV (central), y las imágenes (inferiores) de la amplitud de VNA, que fueron obtenidas simultáneamente. A título de ejemplo, el n-tipo FETs del número par en la misma fila que el FET fallado fue contorneado con los cuadrados en todas las imágenes.

Cuadro 2. Cuatro conjuntos (A, B, C, D) de las imágenes de la microscopia de la microonda de la exploración en la viruta fallada de SRAM. Cada conjunto contiene la topografía (parte superior), dC/dV (central), y las imágenes (inferiores) de la amplitud de VNA, detectadas simultáneamente. Los cuadrados rojos contornean el 48.o n-tipo fallado FET; los cuadrados azules son n-tipo normal FETs en la misma fila.

Las imágenes de la topografía del 48.o n-tipo FET, contorneadas por los cuadrados rojos en Cuadros 2 B1 y C1, no aparecían tener ninguna diferencia comparada a la otra, n-tipo normal FETs (los cuadrados azules así como los no marcados de la estructura en todas las imágenes de la topografía). Eran también muy similares a ésas vistas en otras muestras de SRAM [2, 4].

En las imágenes de dC/dV, sin embargo, la diferencia era muy sensible. Cada n-tipo normal FET (cuadrado azul) mostró constantemente un área oscura cerca del centro. El valor (inferior) oscuro en la imagen de dC/dV representó el p-tipo dopante bien hacia adentro del canal. El 48.o n-tipo FET, por otra parte, era totalmente plano sin ningún contraste, tal y como se muestra en de los cuadrados rojos de Figura 2 B2 y C2.

La señal faltante del p-dopante en el 48.o n-tipo FET indicó sin obstrucción un cambio de la estructura del dopante en el área del canal del transistor. Las imágenes de la amplitud de VNA del 48.o n-tipo FET, si estuvieron examinadas cuidadosamente en Cuadros 2 B3 y C3, también mostrados un poco de diversa estructura compararon a la otra, n-tipo normal FETs. Esto indicó una diversos capacitancia/valor de la impedancia.

Conclusiones

El utilitario de la microscopia de la microonda de la exploración para el análisis del incidente del semiconductor se ha demostrado. Las Imágenes de la concentración de dopante medidas de la señal de dC/dV en una viruta de SRAM determinaron sin obstrucción una estructura inusual del dopante en un tipo fallado FET que difirió de otro, n-tipo normal FETs de la n. Las imágenes de la Capacitancia medidas de la amplitud de VNA también mostraron un diverso contraste en el transistor.

Este experimento ha mostrado que la microscopia de exploración de la microonda puede ser una herramienta conveniente de la directo-proyección de imagen para sondar una variedad de averías eléctricas en los dispositivos de semiconductor en el micrómetro a la escala del nanómetro que no son visibles de la estructura superficial de la topografía.

Referencias

[1] Por ejemplo, P. Tangyunyong y C.Y. Nakakura, J. Vac. Sci. Technol. 21, 1539 (2003); T. Tenazas y A. Erickson, ISTFA 2004, Simposio Internacional para Probar y Análisis del Incidente, 42 (2004).

[2] Wenhai Han, Nota de Aplicación de Keysight 5989-8881EN, 2008.

[3] F. Michael Serry, Nota de Aplicación de Keysight 5989-8818EN, 2008.

[4] Wenhai Han y Hassan Tanbakuchi, ISPM 08, Conferencia Internacional de la Microscopia de la Antena de la Exploración, Seattle, Junio de 2008.

[5] Wenhai Han, Espectros de Photonics, Mayo de 2008, P. 58.

[6] E.H. Nicollian y J.R. Brews, MOS (Semiconductor de Óxido de Metal) la Physics y Technology, Wiley, Nueva York, 1982.

Sobre las Tecnologías de Keysight

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Fuente: Tecnologías de Keysight

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

Last Update: 16. December 2014 07:36

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