Microscopia di Microonda di Scansione per Analisi dell'Errore A Semiconduttore

Da Wenhai Han

Indice

Analisi dell'Errore A Semiconduttore
Introduzione a SMM
SMM per i Semiconduttori
Esperimento
Risultati
Conclusioni
Riferimenti
Circa le Tecnologie di Agilent

Analisi dell'Errore A Semiconduttore

L'analisi dell'Errore è un trattamento vitale nello sviluppo dei nuovi prodotti e/o nel miglioramento dei prodotti attuali nell'industria a semiconduttore. La Riuscita analisi dell'errore può identificare la causa di origine delle azioni correttive della guida e di un'unità guastata.

L'analisi dell'errore A Semiconduttore comprende spesso una serie di tecniche differenti, quali il tracciato di curva, la microscopia elettronica di scansione, la microscopia elettronica di trasmissione, il microthermography e l'analisi messa a fuoco del raggio ionico. Parecchie tecniche basate su microscopia atomica della forza (AFM), quale microscopia di capacità di scansione, AFM conduttivo e microscopia della resistenza di diffusione di scansione, egualmente sono state utilizzate per l'analisi di varie unità guastate [1].

In questo articolo, l'analisi dell'errore a semiconduttore facendo uso microscopia sviluppata di recente di microonda di scansione delle Tecnologie di Agilent' (SMM) [2-5] è dimostrata.

Introduzione a SMM

La microscopia di microonda di Scansione combina l'alta risoluzione spaziale accordata da un microscopio atomico della forza (AFM) con le capacità elettriche di misura della alto-sensibilità di un analizzatore di rete di vettore (VNA). In SMM [2], un segnale di microonda di incidente generato dal VNA attraversa un circuito sonoro abbinato nel AFM e raggiunge l'estremità di una sonda conduttiva, che è in contatto con una superficie. La microonda riflessa dal punto di contatto è percepita dalla sonda ed è restituita al VNA.

Dalla misurazione dadel coefficiente di riflesso complesso, o dal parametro S11, la capacità/impedenza al punto di contatto è ottenuta dal VNA. In pratica, i segnali mappati sono il logaritmo dell'ampiezza di coefficiente di riflesso, contrassegnato come ampiezza di VNA e la fase di VNA. Dopo la calibratura adeguata, la capacità/impedenza del contatto può essere derivata dai valori di ampiezza e di fase di VNA. Prima dell'introduzione di SMM, soltanto le misure qualitative erano state usate per questo tipo di lavoro di analisi dell'errore.

SMM Agilent-Esclusivo lavora a tutti i tipi importanti a semiconduttore: Si, GE, III-V (per esempio, GaAs, InAs, GaN) e II-VI (per esempio, CdTe, ZnSe). A Differenza delle tecniche capacitive della scansione-sonda, SMM non richiede un livello dell'ossido. È egualmente una scelta superba per una vasta gamma di applicazioni dei materiali e biologica di scienza, compreso la caratterizzazione dei beni e del contrasto interfacciali dai modi vibratorii molecolari. Oltre alla sua capacità di lavorare ai semiconduttori, vetri, polimeri, ceramica e metalli, la tecnica lascia gli utenti di Agilent AFM realizzare le indagini della alto-sensibilità sui materiali ferroelettrici, dielettrici e di PZT. Gli Studi sulle pellicole organiche, sulle membrane, sui campioni biologici e sui canali ionici possono anche trarre giovamento dall'uso di SMM.

SMM per i Semiconduttori

Quando una sonda del metallo è in contatto con una superficie del silicio, forma un condensatore del ossido-semiconduttore del metallo - buono studiato nella fisica a semiconduttore [6]. In un modello unidimensionale semplificato, la capacità totale viene dai contributi di due condensatori connessi nella pubblicazione periodica: il livello dielettrico dell'ossido di superficie con una capacità fissa e sotto il livello di svuotamento nel substrato di silicio con una capacità variabile.

La variazione di capacità del livello di svuotamento in risposta ad una tendenziosità applicata di CA è determinata dalla profondità di svuotamento, che a sua volta in gran parte è influenzata dalla concentrazione di dopant nel substrato. Di Conseguenza, misurando la capacità cambi indotto dalla tendenziosità applicata di CA, o dC/dV, la concentrazione di dopant ad ogni punto di contatto può essere mappato. Tutto L'errore dovuto concentrazione di dopant anormale può poi essere identificato dall'immagine di dC/dV, simultaneamente con l'immagine di capacità misurata dal segnale di ampiezza di VNA.

Esperimento

Il campione che è provato era un chip di memoria ad accesso casuale statico depackaged (SRAM) 250nm. Una cella di bit standard dell'unità di SRAM contiene sei transistor di effetto di campo (FETs): due FETs P tipi in un pozzo N-verniciato e quattro FETs N tipi in un pozzo del vicino P. Fra migliaia di celle di bit sul chip, si è stato trovato venuto a mancare. Dentro il bit guastato, un FET N tipo è stato misurato avendo un VT anormale di tensione della soglia. Era il quarantottesimo FET N tipo su quella riga, secondo le indicazioni di Figura 1.

Figura 1. immagine Ottica di piccola sezione del chip provato di SRAM. Il bit guastato contiene un FET (il quarantottesimo N tipo su quella riga) con un VT anormale.

La microscopia di microonda di Scansione poi è stata utilizzata nel tentativo di trovare tutti i beni insoliti del transistor (cioè, beni che hanno differito da quelli dell'altro, transistor normali). Una sonda pura del metallo della Pinta e una sonda conduttivo rivestita entrambe del silicio sono state usate. La sonda del metallo della Pinta era lungamente ìm 300 - 400 e fatto di platino solido montato su un substrato di alluminio. La Sua costante della sorgente è stata stimata come essendo 0,3 - 0,8 nN/nm; il suo raggio del suggerimento di curvatura era circa 10 a 20 nanometro. La sonda del silicio era ìm 125 lungo e rivestito con Ti 20nm e 10nm Pinta. La Sua costante nominale della sorgente era 5 nN/nm ed ha avuta un raggio del suggerimento di circa 40 nanometro.

Lo Scansione è stato effettuato in condizioni ambiente nel modo di contatto. Le frequenze Selezionate dell'operazione di microonda erano fra 2 e 5 Gigahertz. La modulazione a bassa frequenza era di intorno 80 chilocicli. La tariffa di scansione era tipicamente 0,5 - 1 riga/sec. Entrambi I tipi di sonde hanno mostrato i risultati coerenti di SMM sul chip di SRAM.

Risultati

Per identificare esattamente tutto il problema possibile con un livello di dettaglio sufficiente, ogni due paia dei FETs sulla stessa riga del FET guastato sono state scandite, dal quarantatreesimo/quarantaquattresime paia con le cinquantunesime/cinquantaduesime paia, secondo le indicazioni della Figura 2. Complessivamente quattro insiemi delle immagini (A, la B, la C, D) si è acquistato nelle stesse circostanze. Ogni insieme ha contenuto la topografia (cima), dC/dV (medio) ed immagini (inferiori) di ampiezza di VNA, che sono state ottenute simultaneamente. Per scopi di illustrazione, i FETs N tipi di numero pari sulla stessa riga del FET guastato sono stati descritti con i quadrati in tutte le immagini.

Figura 2. Quattro insiemi (A, B, C, D) delle immagini di microscopia di microonda di scansione sul chip guastato di SRAM. Ogni insieme contiene la topografia (cima), dC/dV (medio) ed immagini (inferiori) di ampiezza di VNA, acquistate simultaneamente. I quadrati rossi descrivono il quarantottesimo FET N tipo guastato; i quadrati blu sono FETs N tipi normali sulla stessa riga.

Le immagini della topografia del quarantottesimo FET N tipo, descritte i quadrati rossi nella le Figure da 2 B1 e C1, non sono sembrato avere alcuna differenza della struttura confrontata all'altra, i FETs N tipi normali (quadrati blu come pure quei non marcati in tutte immagini di topografia). Erano egualmente molto simili a quelle vedute su altri campioni di SRAM [2, 4].

Nelle immagini di dC/dV, tuttavia, la differenza era abbastanza notevole. Ogni FET (quadrato blu) N tipo normale ha mostrato coerente un'area scura vicino al centro. Il valore (basso) scuro nell'immagine di dC/dV ha rappresentato il dopant P tipo bene dentro del canale. Il quarantottesimo FET N tipo, d'altra parte, era completamente piano senza alcun contrasto, secondo le indicazioni dei quadrati rossi di sia Calcola 2 B2 che C2.

Il segnale mancante del P-dopant nel quarantottesimo FET N tipo ha indicato chiaramente un cambiamento della struttura del dopant nell'area del canale del transistor. Le immagini di ampiezza di VNA del quarantottesimo FET N tipo, se esaminato con attenzione nella le Figure 2 B3 e C3, anche indicati una certa struttura differente hanno confrontato all'altra, FETs N tipi normali. Ciò ha indicato una capacità/valore differenti dell'impedenza.

Conclusioni

L'utilità di microscopia di microonda di scansione per l'analisi dell'errore a semiconduttore è stata dimostrata. Le Immagini di concentrazione di dopant misurate dal segnale di dC/dV su un chip di SRAM hanno identificato chiaramente una struttura insolita del dopant in un tipo guastato FET che ha differito da altro, FETs N tipi normali di N. Le immagini di Capacità misurate dall'ampiezza di VNA egualmente hanno mostrato un contrasto differente nel transistor.

Questo esperimento ha indicato che la microscopia di scansione di microonda può essere uno strumento conveniente della diretto-rappresentazione per il sondaggio dei vari errori elettrotecnici in unità a semiconduttore al micrometro al disgaggio di nanometro che non sono visibili dalla struttura di superficie della topografia.

Riferimenti

[1] Per esempio, P. Tangyunyong e C.Y. Nakakura, J. Vac. Sci. Technol. I 21, 1539 (2003); T. Tenaglie ed A. Erickson, ISTFA 2004, Congresso Internazionale per le Prove ed Analisi dell'Errore, 42 (2004).

[2] Wenhai Han, Nota di Applicazione di Agilent 5989-8881EN, 2008.

[3] F. Michael Serry, Nota di Applicazione di Agilent 5989-8818EN, 2008.

[4] Wenhai Han e Hassan Tanbakuchi, ISPM 08, Conferenza Internazionale di Microscopia della Sonda di Scansione, Seattle, Giugno 2008.

[5] Wenhai Han, Spettri di Fotonica, Maggio 2008, P. 58.

[6] E.H. Nicollian e J.R. Brews, MOS (Semiconduttore Ad Ossido-metallo) Physics e Technology, Wiley, New York, 1982.

Circa le Tecnologie di Agilent

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Sorgente: Tecnologie di Agilent

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

Last Update: 14. June 2013 06:59

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