반도체 실패 분석을 위한 스캐닝 마이크로파 현미경 검사법

Wenhai 한의

목차

반도체 실패 분석
SMM에 소개
반도체를 위한 SMM
실험
결과
결론
참고
Agilent 기술에 관하여

반도체 실패 분석

실패 분석은 신제품의 발달 그리고/또는 반도체 산업에 있는 기존 제품의 개선에 있는 생명 프로세스입니다. 성공적인 실패 분석은 고장나는 장치의 기인을 확인하고 교정 행동을 인도할 수 있습니다.

반도체 실패 분석은 수시로 곡선의 추적 스캐닝 전자 현미경 검사법, 전송 전자 현미경 검사법, microthermography 및 집중된 이온살 분석과 같은 다수 다른 기술을 관련시킵니다. 원자 군대 현미경 검사법에 스캐닝 용량 (AFM) 현미경 검사법과 같은 전도성 AFM 근거를 둔 몇몇 기술은 또한 각종 고장나는 장치 [1]의 분석을 위해 및 스캐닝 퍼지는 저항 현미경 검사법, 이용되었습니다.

이 약품에서는, Agilent 기술' 최근에 개발된 검사 마이크로파 현미경 검사법 [2-5]를 사용하여 (SMM) 반도체 실패 분석은 설명됩니다.

SMM에 소개

스캐닝 마이크로파 현미경 검사법은 선그림 네트워크 분석기의 높 감도 전기 측정 기능에 (AFM) 원자 군대 현미경에 의한 높은 공간적 해상도를 결합합니다 (VNA). SMM [2]에서는, VNA에서 생성된 사건 마이크로파 신호는 AFM에 있는 일치한 울리는 회로를 통과하고 표면과 접촉하여 인 전도성 탐사기의 끝을 도달합니다. 접촉점에서 반영된 마이크로파는 탐사기에 의해 느껴지고 VNA에 돌려보내집니다.

복잡한 반사 곁수를 측정하거나, S11 매개변수에 의하여, 접촉점에 용량/임피던스는 VNA에서 장악됩니다. 실제로, 지도로 나타난 신호는 VNA 진폭으로 레테르를 붙인 반사 곁수 진폭의 대수, 및 VNA 단계입니다. 적당한 구경측정 후에, 접촉 용량/임피던스는 VNA 진폭과 단계 가치에서 파생될 수 있습니다. SMM의 소개 이전에, 단지 품질 측정은 실패 분석 일의 이 모형을 위해 사용되었었습니다.

Agilent 독점적인 SMM는 모든 중요한 반도체 모형에 작동합니다: Si, Ge, III-V (예를들면, GaAs, InAs, GaN), 그리고 II-VI (예를들면, CdTe, ZnSe). 스캐닝 탐사기 전기 용량 기술과는 다른, SMM는 산화물 층을 요구하지 않습니다. 또한 분자 떨기 방식에서 계면 속성 그리고 대조의 특성을 포함하여 생물학과 재료 과학 응용의 광범위를 위한 멋진 선택, 입니다. 반도체, 유리, 중합체, 세라믹스 및 금속에 작동하는 그것의 기능 이외에, 기술은 Agilent AFM 사용자가 ferroelectric, 절연성, 그리고 PZT 물자의 높 감도 수사를 실행하게 합니다. 유기 필름, 막, 생물학 견본 및 이온 채널 통신로의 연구 결과는 또한 SMM의 사용으로부터 혜택을 받을 수 있습니다.

반도체를 위한 SMM

금속 탐사기는 실리콘 표면과 접촉하여 일 때, 금속 산화물 반도체 축전기 - 반도체 물리학 [6]에서 공부된 좋을 형성합니다. 단순화된 1차원적인 모형에서는, 총 용량 serial에서 연결된 2개의 축전기의 기여금에서 옵니다: 밑으로 조정 용량 및 변하기 쉬운 용량을 가진 실리콘 기판에 있는을 가진 지상 산화물 절연성 층 소모 층.

적용되는 ac 편견에 응하여 소모 층의 용량 변이는 기질에 있는 반도체에 첨가하는 소량의 불순물 사격량에 의해 차례차례로 크게 영향을 받는 소모 깊이에 의해 결정됩니다. 그러므로, 용량을 측정해서 적용되는 ac 편견에 의해 유도해 변경하거든, dC/dV는, 각 접촉점에 반도체에 첨가하는 소량의 불순물 사격량 지도로 나타날 수 있습니다. 이상한 반도체에 첨가하는 소량의 불순물 사격량 때문에 어떤 실패든지 VNA 진폭 신호에서 측정된 용량 심상을 가진 dC/dV 심상에서 그 때, 동시에 확인될 수 있습니다.

실험

시험되는 견본은 depackaged 250nm 정체되는 RAM 칩 (SRAM)이었습니다. 표준 SRAM 부대 비트 세포는 6개의 전계효과 트랜지스터를 포함합니다 (FETs): n 진한 액체로 처리된 우물에 있는 2 p 모형 FETs 및 이웃사람 p 우물에 있는 4 n 모형 FETs. 칩에 비트 세포의 수천 사이에서, 사람은 실패했던 찾아냈습니다. 고장나는 비트 안쪽에, 1가지의 n 모형 FET는 측정되 이상한 문턱 전압 Vt가 있. 숫자 1.에서 보이는 것처럼 그 줄에 48 n 모형 FET, 이었습니다.

숫자 1. 시험된 SRAM 칩의 작은 단면도의 광학적인 심상. 고장나는 비트는 이상한 Vt를 가진 n 모형 FET (그 줄에 48)를 포함합니다.

스캐닝 마이크로파 현미경 검사법은 그 때 트랜지스터 (의 어떤 예외적 속성든지 그 외의 그들과 달랐던 i.e, 속성, 일반적인 트랜지스터) 찾아내기 위하여 이용되었습니다. 순수한 Pt 금속 탐사기 및 전도성으로 입히는 실리콘 탐사기는 둘 다 이용되었습니다. Pt 금속 탐사기는 300에서 오래 400 ìm 및 알루미늄 기질에 거치된 단단한 백금의 만들어이었습니다. 그것의 봄 불변의 것은 0.3 0.8까지 nN/nm 인 것으로 추정되었습니다; 곡률 반경 그것의 끝 20 nm에 대략 10이었습니다. 실리콘 탐사기는 20nm TI와 10nm Pt에 길어던 입힌 125 ìm이었습니다. 그것의 명목상 봄 불변의 것은 5 nN/nm이고 대략 40 nm의 끝 반경이 있었습니다.

스캐닝은 접촉형에 있는 주위 조건 하에서 실행되었습니다. 선정한 마이크로파 작동 주파수는 2개 그리고 5개 GHz 사이에서 있었습니다. 저주파 변조는 약 80 kHz이었습니다. 검사 비율은 전형적으로 0.5 1까지 선/SEC 이었습니다. 탐사기의 두 모형 다 SRAM 칩에 일관된 SMM 결과를 보여주었습니다.

결과

정확하게 고장나는 FET와 충분한 세부 수준에 대한 어떤 가능한 문제든지, 동일 줄에 FETs의 매 2개 쌍은 숫자 2.에서 보이는 것처럼 43/제 51/제 52를 통해 44에서 확인하기 위하여, 쌍 쌍, 검사되었습니다. 심상의 4 세트 토탈 (A, B, C 의 D)는 동일 조건 하에서 취득되었습니다. 각 세트는 지세 (상단), (중간) dC/dV, 및 동시에 장악된 VNA 진폭 (밑바닥) 심상 포함했습니다. 설명 목적으로, 고장나는 FET와 동일 줄에 짝수 n 모형 FETs는 모든 심상에 있는 사각으로 설명되었습니다.

숫자 2. 4 세트 (A, B, 고장나는 SRAM 칩에 스캐닝 마이크로파 현미경 검사법 심상의 C, D). 각 세트는 지세 (상단), (중간) dC/dV, 및 동시에 취득된 VNA 진폭 (밑바닥) 심상 포함합니다. 붉은 광장은 고장나는 48 n 모형 FET를 설명합니다; 파란 사각은 동일 줄에 일반적인 n 모형 FETs입니다.

숫자에 있는 붉은 광장 2 B1 및 C1를에 의해 설명된 48 n 모형 FET의 지세 심상에는, 그 외와 비교된 어떤 구조물 다름도, 일반적인 n 모형 FETs (파란 사각 뿐 아니라 지세 심상 전부에서 표를 하지 않는 그들) 있는 것을 나타나지 않았습니다. 그(것)들은 또한 그밖 SRAM 견본 [2, 4]에 보인 그들과 아주 유사했습니다.

dC/dV 심상에서는, 그러나, 다름은 확실히 두드러졌습니다. 각 일반적인 n 모형 FET (파란 사각)는 센터의 가까이에 일관되게 어두운 지역을 보여주었습니다. dC/dV 심상에 있는 어두운 (낮은) 가치는 채널 통신로의 p 모형 반도체에 첨가하는 소량의 불순물을 잘 안으로 나타냈습니다. 48 n 모형 FET는, 다른 한편으로는, 어떤 대조도 없이 완전하게 편평했습니다 붉은 광장에서 보이는 것처럼의 2 B2 및 C2를 계산합니다 둘 다.

48 n 모형 FET에 있는 없는 p 반도체에 첨가하는 소량의 불순물 신호는 명확하게 트랜지스터의 채널 통신로 지역에 있는 반도체에 첨가하는 소량의 불순물 구조물의 변경을 표시했습니다. 48 n 모형 FET의 VNA 진폭 심상은 그 외 의 일반적인 n 모형 FETs에, 또한 어떤 다른 구조물을 보인 2 B3 및 C3를, 숫자에서 똑똑히 검토하는 경우에 비교했습니다. 이것은 다른 용량/임피던스 가치를 표시했습니다.

결론

반도체 실패 분석을 위한 스캐닝 마이크로파 현미경 검사법의 공용품은 설명되었습니다. SRAM 칩에 dC/dV 신호에서 측정된 반도체에 첨가하는 소량의 불순물 사격량의 심상은 명확하게 그 외와 달랐던 고장나는 n- 모형 FET, 일반적인 n 모형 FETs에 있는 예외적 반도체에 첨가하는 소량의 불순물 구조물을 확인했습니다. VNA 진폭에서 측정된 용량 심상은 또한 트랜지스터에 있는 다른 대조를 보여주었습니다.

이 실험은 검사 마이크로파 현미경 검사법이 나노미터 가늠자에 마이크로미터에 지상 지세 구조물에서 눈에 보이지 않는 반도체 소자에 있는 다양한 정전 시험을 위한 편리한 직접 화상 진찰 공구일 수 있다는 것을 보여주었습니다.

참고

[1] 예를 들면, P. Tangyunyong와 C.Y. Nakakura, J. Vac. Sci. Technol. 21 1539년 (2003년); T. 시험을 위한 집게 그리고 A. Erickson, ISTFA 2004년, 국제 심포지엄 및 실패 분석, 42 (2004년).

[2] Wenhai 한 의 Agilent 응용 주 5989-8881EN 2008년.

[3] F. 마이클 Serry 의 Agilent 응용 주 5989-8818EN 2008년.

[4] Wenhai 한과 Hassan Tanbakuchi, ISPM 08 의 국제적인 스캐닝 탐사기 현미경 검사법 회의, 시애틀, 2008년 6월.

[5] Wenhai 한 의 Photonics 스펙트럼, 2008년, 58 P. 5월.

[6] E.H. Nicollian와 J.R. Brews, MOS (금속 산화물 반도체) Physics와 Technology, 윌에이, 뉴욕 1982년.

Agilent 기술에 관하여

Agilent 기술 나노 과학 계기에 의하여 심상 시키고, 조작하고, 행동 전기, 화학, 생물학, 분자, 그리고 원자 다양한 nanoscale가 성격을 나타냅니다. 나노 과학 계기, 부속품, 소프트웨어, 서비스 및 소모품의 우리의 성장하고 있는 수집은 당신이 nanoscale 세계를 이해할 필요가 있는 실마리를 제시할 수 있습니다.

Agilent 기술은 높 정밀도 원자 군대 현미경의 유일한 (AFM) 연구 필요를 충족시키기 위하여 광범위를 제안합니다. Agilent의 높게 설정 가능한 계기는 필요가 생기는 때 시스템 기능을 확장하는 것을 허용합니다. Agilent의 산업 주요한 환경 온도 시스템 및 유동성 취급은 우량한 액체 및 연약한 물자 화상 진찰을 가능하게 합니다. 응용은 재료 과학, 전기화학, 중합체 및 생활 과학 응용을 포함합니다.

근원: Agilent 기술

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

Last Update: 14. June 2013 07:05

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