半導体の障害の分析のためのスキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査

Wenhai ハン著

目録

半導体の障害の分析
SMM への紹介
半導体のための SMM
実験
結果
結論
参照
Agilent の技術について

半導体の障害の分析

障害の分析は新製品の開発および/または半導体工業の既存の製品の改善の重要なプロセスです。 正常な障害の分析は壊れる装置の根本的原因を識別し、是正処置を導くことができます。

半導体の障害の分析は頻繁にカーブトレーシング、スキャンの電子顕微鏡検査、透過型電子顕微鏡、 microthermography および集中されたイオンビームの分析のようないくつかの異なった技術を、含みます。 原子力の顕微鏡検査に、スキャンキャパシタンス (AFM)顕微鏡検査のような、伝導性 AFM 基づく複数の技術はまたさまざまな壊れる装置 [1] の分析のためにおよびスキャンの広がり抵抗の顕微鏡検査、利用されました。

この記事では、 Agilent の技術の」最近開発されたスキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査 [2-5] を使用して (SMM)半導体の障害の分析は示されます。

SMM への紹介

スキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査はベクトルネットワークアナライザの高感度の電気測定の機能と (AFM)原子力の顕微鏡による高い空間分解能を結合します (VNA)。 SMM [2] では、 VNA から生成される事件のマイクロウェーブシグナルは AFM の一致させた共振回路を通り、表面と接触してある伝導性のプローブの端に達します。 接点からの反映されたマイクロウェーブはプローブによって感じられ、 VNA に戻ります。

複雑な反射係数を測定するか、または S11 パラメータによって、接点のキャパシタンス/インピーダンスは VNA から得られます。 実際には、マップされたシグナルは VNA の振幅として分類される反射係数の振幅のロガリズムおよび VNA 段階です。 適切な口径測定の後で、接触のキャパシタンス/インピーダンスは VNA 振幅および段階値から得ることができます。 SMM の導入前に、質的な測定だけこのタイプの障害の分析作業のために使用されました。

Agilent 排他的な SMM はすべての主要な半導体のタイプで動作します: Si、 GE、 III-V (例えば、 GaAs、 InAs、 GaN)、および II-VI (例えば、 CdTe、 ZnSe)。 スキャンプローブの容量性技術とは違って、 SMM は酸化物の層を必要としません。 それはまた分子振動モードからの界面特性そして対照の性格描写を含む生物的および物質科学アプリケーションの広い範囲のためのすばらしい選択、です。 半導体、ガラス、ポリマー、製陶術および金属で動作する機能に加えて技術は Agilent AFM のユーザーが ferroelectric、誘電性、および PZT 材料の高感度の調査を行うことを可能にします。 有機性フィルム、膜、生物的サンプルおよびイオンチャネルの調査はまた SMM の使用から寄与できます。

半導体のための SMM

金属のプローブはケイ素の表面と接触してあるとき、金属の酸化物半導体のコンデンサー - 半導体の物理学 [6] で調査される健康 -- を形作ります。 簡単 1 次元モデルでは、総キャパシタンスはシリアルで接続される 2 つのコンデンサーの貢献から来ます: 下の固定キャパシタンスおよび可変的なキャパシタンスのシリコン基板のの表面の酸化物の誘電性の層枯渇層。

応用 AC バイアスに応じての枯渇層のキャパシタンス変化は基板の添加物集中によって次々と主として影響される枯渇の深さによって定められます。 従って、キャパシタンスの測定によって応用 AC バイアスによって誘導されて変更すれば、 dC/dV は、各接点の添加物集中マップすることができます。 異常な添加物集中によるどの障害でも VNA の振幅のシグナルから測定されるキャパシタンス画像の dC/dV の画像からそれから、同時に識別することができます。

実験

テストされるサンプルは depackaged 250nm 静的なランダムアクセス・メモリチップ (SRAM)でした。 標準 SRAM の単位のビットセルは 6 つの電界効果トランジスタを含んでいます (FETs): n 添加された井戸の 2 つの p タイプの FETs および隣人 p の井戸の 4 つの n タイプの FETs。 たくさんのチップのビットセルの間で、 1 つは失敗する見つけられました。 壊れるビットの中で、 1 つの n タイプ FET は測定され異常なしきい値の電圧 Vt を持っています。 それは図 1. に示すようにその列の第 48 n タイプ FET、でした。

図 1. テストされた SRAM チップの小さいセクションの光学画像。 壊れるビットは異常な Vt が付いている n タイプ FET (その列の第 48) を含んでいます。

スキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査はそれからトランジスター (の珍しい特性を他のそれらと異なったすなわち、特性、正常なトランジスター) 見つけるために利用されました。 純粋な Pt の金属のプローブおよび伝導によって上塗を施してあるケイ素のプローブは両方使用されました。 Pt の金属のプローブは 300 から長く 400 ìm およびアルミニウム基板に取付けられた固体プラチナの作られてでした。 そのばねの定数は推定され 0.3 から 0.8 nN/nm からですとして; 湾曲のその先端の半径は 20 nm へおよそ 10 でした。 ケイ素のプローブは 20nm チタニウムおよび 10nm Pt と長く、上塗を施してある 125 ìm でした。 そのわずかなばねの定数は 5 nN/nm であり、約 40 nm の先端の半径がありました。

スキャンは接触モードの包囲された条件の下で遂行されました。 指定マイクロウェーブ操作の頻度は 2 つそして 5 つの GHz の間にでした。 低周波変調はおよそ 80 の kHz でした。 スキャンレートは普通 0.5 から 1 つのライン/秒からでした。 両タイプのプローブは SRAM チップの一貫した SMM の結果を示しました。

結果

正確に壊れる FET と十分な詳細レベルとの可能な問題を、同じ列の FETs の 2 つのペア毎に図 2. に示すように第 43/第 51/第 52 による第 44 から認識するために、ペアペア、スキャンされました。 合計 4 組の画像 (A、 B、 C の D) は同じ条件の下で得られました。 各セットは地形 (上)、 dC/dV (中間)、および同時に得られた VNA の振幅の (最下の) 画像含んでいました。 例示を目的として、壊れる FET と同じ列の偶数の n タイプの FETs はすべての画像の正方形と輪郭を描かれました。

図 2。 4 セット (A、 B、壊れる SRAM チップのスキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査の画像の C、 D)。 各セットは地形 (上)、 dC/dV (中間)、および同時に得られる VNA の振幅の (最下の) 画像含んでいます。 赤の広場は壊れる第 48 n タイプ FET の輪郭を描きます; 青い正方形は同じ列の正常な n タイプの FETs です。

図の赤の広場 2 B1 および C1 のによって輪郭を描かれた第 48 n タイプ FET の地形の画像は他の正常な n タイプの FETs (青い正方形、また地形の画像すべての無標の物) と比較された構造の相違がなかったようではないです。 それらはまた他の SRAM のサンプル [2、 4] で見られたそれらに非常に類似していました。

しかし dC/dV の画像では相違はかなり顕著でした。 あらゆる正常な n タイプ FET (青い正方形) は中心の近くで一貫して暗い領域を示しました。 dC/dV の画像の暗い (低い) 値はチャネルの p タイプの添加物をよく表しました。 第 48 n タイプ FET は、一方では、対照なしで完全に平らでした赤の広場に示すようにの 2 B2 および C2 を計算します両方。

第 48 n タイプ FET の抜けた p 添加物のシグナルははっきりトランジスターのチャネル領域の添加物の構造の変更を明記しました。 第 48 n タイプ FET の VNA の振幅の画像は他の正常な n タイプの FETs と、また別の構造を示されている 2 B3 および C3 を、図で十分確認されたら比較しました。 これは別のキャパシタンス/インピーダンス値を明記しました。

結論

半導体の障害の分析のためのスキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査のユーティリティは示されました。 SRAM チップの dC/dV のシグナルから測定された添加物集中の画像ははっきり他と異なった壊れる n- のタイプ FET、正常な n タイプの FETs の珍しい添加物の構造を識別しました。 VNA の振幅から測定されたキャパシタンス画像はまたトランジスターで別の対照を示しました。

この実験はスキャンのマイクロウェーブ顕微鏡検査がナノメーターのスケールへマイクロメートルで表面の地形の構造から目に見えない半導体デバイスのいろいろ停電を厳密に調べるための便利な直接イメージ投射ツールである場合もあることを示しました。

参照

[1] 例えば、 P. Tangyunyong および C.Y. Nakakura、 J. Vac. Sci。 Technol。 21 1539 (2003 年); T. テストのためのはさみそして A. Erickson、 ISTFA 2004 年、国際シンポジウムおよび障害の分析、 42 (2004 年)。

[2] Wenhai ハンの Agilent のアプリケーションノート 5989-8881EN 2008 年。

[3] F. ミハエル Serry の Agilent のアプリケーションノート 5989-8818EN 2008 年。

[4] Wenhai ハンおよびハッセン Tanbakuchi、 ISPM 08 の国際的なスキャンのプローブの顕微鏡検査の会議、シアトル、 2008 年 6 月。

[5] Wenhai ハンの Photonics スペクトル、 2008 年、 58 P. 5 月。

[6] E.H. Nicollian および J.R. Brews、 MOS (金属酸化膜半導体) Physics および Technology、ワイリー、ニューヨーク 1982 年。

Agilent の技術について

Agilent の技術のナノテクノロジーの器械は画像可能にし、処理し、そして動作電気、化学、生物的、分子、および原子いろいろ nanoscale を特徴付けます。 ナノテクノロジーの器械、アクセサリ、ソフトウェア、サービスおよび消耗品の私達の成長するコレクションはあなたが nanoscale の世界を理解する必要がある糸口を明らかにすることができます。

Agilent の技術は一義的な研究の必要性を満たすために高精度の原子力の顕微鏡 (AFM)の広い範囲を提供します。 Agilent の非常に設定可能な器械は必要性が発生すると同時にシステム・ケイパビリティを拡大することを可能にします。 Agilent の工業一流の環境の温度システムおよび流動処理は優秀な液体および柔らかい材料イメージ投射を可能にします。 アプリケーションは物質科学、電気化学、ポリマーおよび人生の科学アプリケーションを含んでいます。

ソース: Agilent の技術

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

Last Update: 14. June 2013 07:02

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