Microscopie d'Hyperfréquences de Lecture pour l'Analyse de Défaillance de Semi-conducteur

Par Wenhai Han

Table des matières

Analyse de Défaillance de Semi-conducteur
Introduction à SMM
SMM pour des Semi-conducteurs
Expérience
Résultats
Conclusions
Références
Au Sujet des Technologies d'Agilent

Analyse de Défaillance de Semi-conducteur

L'analyse de Défaillance est un procédé indispensable dans le développement des produits nouveaux et/ou l'amélioration des produits existants dans l'entreprise de semiconducteurs. L'analyse Réussie de défaillance peut recenser la cause d'origine des actions correctives d'un dispositif défaillant et de guide.

L'analyse de défaillance de Semi-conducteur concerne souvent un certain nombre de différentes techniques, telles que le traçage de courbure, la microscopie électronique de lecture, la microscopie électronique de boîte de vitesses, le microthermography, et l'analyse orientée de faisceau d'ions. Plusieurs techniques basées sur la microscopie atomique de force (AFM), telle que la microscopie de capacité de lecture, AFM conducteur, et microscopie de résistance de propagation de lecture, ont été également employées pour l'analyse des dispositifs défaillants variés [1].

En cet article, l'analyse de défaillance de semi-conducteur la microscopie développée récemment d'hyperfréquences de lecture utilisant d'Agilent Technologies' (SMM) [2-5] est expliquée.

Introduction à SMM

La microscopie d'hyperfréquences de Lecture combine la résolution spatiale élevée accordée à un microscope atomique de force (AFM) avec les capacités électriques de mesure de haut-sensibilité d'un analyseur de réseau de vecteur (VNA). Dans SMM [2], un signe d'hyperfréquences d'incident produit du VNA traverse un circuit résonnant apparié dans l'AFM et atteint l'extrémité d'une sonde conductrice, qui est en contact avec une surface. Les hyperfréquences réfléchies de la remarque de contact sont senties par la sonde et retournées au VNA.

En mesurant le coefficient de réflexion complexe, ou le paramètre S11, la capacité/impédance à la remarque de contact est obtenue à partir du VNA. Dans la pratique, les signes tracés sont le logarithme de l'amplitude de coefficient de réflexion, étiqueté comme amplitude de VNA, et la phase de VNA. Après étalonnage correcte, la capacité/impédance de contact peut être dérivée des valeurs d'amplitude et de phase de VNA. Avant l'introduction de SMM, seulement des mesures qualitatives avaient été utilisées pour ce type de travail d'analyse de défaillance.

l'Agilent-Exclusivité SMM travaille sur tous les types importants de semi-conducteur : SI, GE, III-V (par exemple, GaAs, InAs, GaN), et II-VI (par exemple, CdTe, ZnSe). À La Différence des techniques capacitives de lecture-sonde, SMM n'exige pas une couche d'oxyde. C'est également un choix superbe pour un large éventail d'applications biologique et de science des matériaux, y compris la caractérisation des propriétés et du contraste dièdres des modes vibratoires moléculaires. En plus de sa capacité de travailler aux semi-conducteurs, glaces, polymères, céramique, et métaux, la technique laisse des utilisateurs d'Agilent AFM exécuter des investigations de haut-sensibilité sur les matériaux ferroélectriques, diélectriques, et de PZT. Les Études des films, des membranes, des échantillons biologiques, et des canaux ioniques organiques peuvent également tirer bénéfice de l'utilisation de SMM.

SMM pour des Semi-conducteurs

Quand une sonde en métal est en contact avec une surface de silicium, elle forme un condensateur d'oxyde-semi-conducteur en métal - bon étudié dans la physique de semi-conducteur [6]. Dans un modèle unidimensionnel simplifié, toute la capacité vient des cotisations de deux condensateurs connectés dans l'interface série : la couche diélectrique d'oxyde extérieur avec une capacité fixe et dessous la couche d'arrêt dans le substrat de silicium avec une capacité variable.

La variation de capacité de la couche d'arrêt en réponse à une polarisation appliquée à C.A. est déterminée par la profondeur d'épuisement, qui consécutivement est en grande partie affectée par la concentration de dopant dans le substrat. Par Conséquent, en mesurant la modification de capacité induite par la polarisation appliquée à C.A., ou dC/dV, la concentration de dopant à chaque remarque de contact peut être tracée. N'importe Quelle défaillance due à la concentration de dopant anormale peut alors être recensée de l'image de dC/dV, simultanément avec l'image de capacité mesurée à partir du signe d'amplitude de VNA.

Expérience

L'échantillon étant testé était une puce mémoire 250nm à accès sélectif statique depackaged (SRAM). Une cellule de bit normale d'ensemble de SRAM contient six transistors à effet de champ (FETs) : deux FETs de type p dans un puits n-dopé et quatre FETs de type n dans un puits du voisin p. Parmi des milliers de cellules de bit sur la puce, on a été trouvé défailli. À L'intérieur du bit défailli, un FET de type n a été mesuré en ayant un VT anormal de tension de seuil. C'était le quarante-huitième FET de type n sur cette ligne, suivant les indications du Schéma 1.

Le Schéma 1. image Optique d'une petite partie de la puce testée de SRAM. Le bit défailli contient un FET (le quarante-huitième de type n sur cette ligne) avec un VT anormal.

La microscopie d'hyperfréquences de Lecture a été alors employée afin d'essayer de trouver toutes les propriétés inhabituelles du transistor (c.-à-d., les propriétés qui ont différé de ceux de l'autre, les transistors normaux). Une sonde pure et une sonde conducteur enduite les deux en métal de Pinte de silicium ont été utilisées. La sonde en métal de Pinte était le ìm de 300 à 400 longtemps et effectué du platine solide monté sur un substrat en aluminium. Sa constante de source a été estimée en tant qu'étant de 0,3 à 0,8 nN/nm ; son radius d'extrémité de lordose était approximativement 10 à 20 nanomètre. La sonde de silicium était le ìm 125 long et enduit avec du Ti 20nm et le 10nm Pinte. Sa constante nominale de source était 5 nN/nm et elle a eu un radius d'extrémité environ de 40 nanomètre.

La Lecture était aux conditions ambiantes en contact mode effectué. Les fréquences Sélectées de fonctionnement d'hyperfréquences étaient entre 2 et 5 Gigahertz. La modulation basse fréquence était environ 80 kilohertz. Les tarifs d'échographie étaient type de 0,5 à 1 lignes/sec. Les Deux types de sondes ont donné des résultats cohérents de SMM sur la puce de SRAM.

Résultats

Pour recenser exactement n'importe quel problème possible avec un niveau de précision suffisant, toutes les deux paires de FETs sur la même ligne que le FET défaillant ont été balayées, du quarante-troisième/quarante-quatrième paires par la cinquante-et-unième/cinquante-deuxième paires, suivant les indications du Schéma 2. Un total de quatre ensembles d'images (A, B, C, D) a été saisi dans les mêmes conditions. Chaque positionnement les images (inférieures) a contenu la topographie (haut), le dC/dV (moyen), et de VNA amplitude, qui ont été obtenues simultanément. Pour l'illustration purposes, les FETs de type n de chiffre pair sur la même ligne que le FET défaillant ont été donnée avec des carrés dans toutes les images.

Le Schéma 2. Quatre positionnements (A, B, C, D) des images de microscopie d'hyperfréquences de lecture sur la puce défaillie de SRAM. Chaque positionnement les images (inférieures) contient la topographie (haut), le dC/dV (moyen), et de VNA amplitude, saisies simultanément. Les carrés rouges donnent le quarante-huitième FET de type n défaillant ; les carrés bleus sont les FETs de type n normaux sur la même ligne.

Les images de topographie du quarante-huitième FET de type n, données par les carrés rouges sur les Schémas 2 B1 et C1, n'ont pas semblé n'avoir aucune différence de structure comparée à l'autre, les FETs de type n normaux (les carrés bleus ainsi que les non marqués dans toutes les images de topographie). Elles étaient également très assimilées à ceux vues sur d'autres échantillons de SRAM [2, 4].

Dans les images de dC/dV, cependant, la différence était tout à fait apparente. Chaque FET (carré bleu) de type n normal a chronique affiché une zone sombre près du centre. La valeur (basse) sombre dans l'image de dC/dV a représenté le dopant de type p bien dedans du tunnel. Le quarante-huitième FET de type n, d'autre part, était complet plat sans n'importe quel contraste, suivant les indications des carrés rouges de Schéma 2 B2 et C2.

Le signe manquant de p-dopant dans le quarante-huitième FET de type n a de manière dégagée indiqué un changement de structure de dopant de la zone de tunnel du transistor. Les images d'amplitude de VNA du quarante-huitième FET de type n, si examiné soigneusement sur les Schémas 2 B3 et C3, également affichés une certaine structure différente comparée à l'autre, FETs de type n normaux. Ceci a indiqué une valeur différente de capacité/impédance.

Conclusions

L'installation de la microscopie d'hyperfréquences de lecture pour l'analyse de défaillance de semi-conducteur a été expliquée. Les Images de la concentration de dopant mesurées à partir du signe de dC/dV sur une puce de SRAM ont de manière dégagée recensé une structure inhabituelle de dopant dans un type défailli FET qui a différé d'autre, FETs de type n normaux de n. Les images de Capacité mesurées à partir de l'amplitude de VNA ont également affiché un contraste différent dans le transistor.

Cette expérience a prouvé que la microscopie de balayage d'hyperfréquences peut être un outil pratique de direct-représentation pour sonder un grand choix de pannes électriques dans des dispositifs de semi-conducteur au micromètre à l'échelle de nanomètre qui ne sont pas visibles de la structure extérieure de topographie.

Références

[1] Par exemple, P. Tangyunyong et C.Y. Nakakura, J. Vac. Sci. Technol. Des 21, 1539 (2003) ; T. Pinces et A. Erickson, ISTFA 2004, Colloque International pour Tester et Analyse de Défaillance, 42 (2004).

[2] Wenhai Han, Note d'Application d'Agilent 5989-8881EN, 2008.

[3] F. Michael Serry, Note d'Application d'Agilent 5989-8818EN, 2008.

[4] Wenhai Han et Hassan Tanbakuchi, ISPM 08, Conférence Internationale de Microscopie de Sonde de Lecture, Seattle, Juin 2008.

[5] Wenhai Han, Spectres de Photonics, Mai 2008, P. 58.

[6] E.H. Nicollian et J.R. Brews, MOS (Semiconducteur Métal Oxyde) Physics et Technology, Wiley, New York, 1982.

Au Sujet des Technologies d'Agilent

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Source : Technologies d'Agilent

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Date Added: Apr 29, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:53

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