De Microscopie van de Microgolf van het Aftasten voor de Analyse van de Mislukking van de Halfgeleider

Door Wenhai Han

Inhoudstafel

De Analyse van de Mislukking van de Halfgeleider
Inleiding aan SMM
SMM voor Halfgeleiders
Experiment
Resultaten
Conclusies
Verwijzingen
Ongeveer Technologieën Agilent

De Analyse van de Mislukking van de Halfgeleider

De analyse van de Mislukking is een essentieel proces in de ontwikkeling van nieuwe producten en/of de verbetering van bestaande producten in de halfgeleiderindustrie. De Succesvolle mislukkingsanalyse kan de worteloorzaak van een ontbroken apparaat en gids correctieve acties identificeren.

De de mislukkingsanalyse van de Halfgeleider impliceert vaak een aantal verschillende technieken, zoals kromme het vinden, aftastende elektronenmicroscopie, transmissieelektronenmicroscopie, microthermography, en geconcentreerde ionenstraalanalyse. Verscheidene die technieken op de atoomkrachtmicroscopie worden gebaseerd (AFM), zoals de microscopie van de aftastencapacitieve weerstand, geleidende AFM, en microscopie van de aftasten de uitspreidende weerstand, zijn ook gebruikt voor de analyse van diverse ontbroken apparaten [1].

In dit artikel, wordt de analyse die van de halfgeleidermislukking microscopie van de het aftastenmicrogolf van Technologieën Agilent gebruiken de' onlangs ontwikkelde (SMM) [2-5] aangetoond.

Inleiding aan SMM

De de microgolfmicroscopie van het Aftasten combineert de hoge ruimtedieresolutie door een atoomkrachtmicroscoop wordt veroorloofd (AFM) met de mogelijkheden van de hoog-gevoeligheids elektrische meting van een vectornetwerkanalysator (VNA). In SMM [2], gaat een inherent die microgolfsignaal van VNA wordt geproduceerd door een aangepaste resonerende kring in AFM over en bereikt het eind van een geleidende sonde, die in contact met een oppervlakte is. De weerspiegelde microgolf van het contactpunt wordt ontdekt door de sonde en aan VNA teruggekeerd.

Door de complexe bezinningscoëfficiënt te meten, of S11 de parameter, wordt de capacitieve weerstand/de impedantie op het contactpunt verkregen uit VNA. In de praktijk die, zijn de in kaart gebrachte signalen het logaritme van de omvang van de bezinningscoëfficiënt, als omvang VNA wordt geëtiketteerd, en de fase VNA. Na juiste kaliberbepaling, kan de de contactcapacitieve weerstand/impedantie uit de omvang VNA en fasewaarden worden afgeleid. Voorafgaand aan de introductie van SMM, slechts waren de kwalitatieve metingen gebruikt voor dit type van het werk van de mislukkingsanalyse.

Agilent-Exclusieve SMM werkt aan alle belangrijke halfgeleidertypes: Si, Duitsland, IIIV (b.v., GaAs, InAs, GaN), en IIVI (b.v., CdTe, ZnSe). In Tegenstelling Tot aftasten-sonde capacitieve technieken, vereist SMM geen oxydelaag. Het is ook een buitengewone keus voor een brede waaier van de toepassingen van de biologische en materialenwetenschap, met inbegrip van de karakterisering van eigenschappen en contrast tussen twee raakvlakken van moleculaire trillingswijzen. Naast zijn capaciteit om aan halfgeleiders, glazen, polymeren, keramiek, en metalen te werken, laat de techniek de gebruikers van Agilent AFM hoog-gevoeligheidsonderzoeken van ferroelectric, diëlektrisch, en materialen uitvoeren PZT. De Studies van organische films, membranen, biologische steekproeven, en ionenkanalen kunnen ook van het gebruik van SMM profiteren.

SMM voor Halfgeleiders

Wanneer een metaalsonde in contact met een siliciumoppervlakte die is, vormt het metaal oxyde-halfgeleider condensator - goed in halfgeleiderfysica [6] wordt een bestudeerd. In een vereenvoudigd ééndimensionaal model, komt de totale capacitieve weerstand uit de bijdragen van twee die condensatoren in serie worden verbonden: de diëlektrische laag van het oppervlakteoxyde met een vaste capacitieve weerstand en onderaan uitputtingslaag in het siliciumsubstraat met een veranderlijke capacitieve weerstand.

De capacitieve weerstandsvariatie van de uitputtingslaag in antwoord op wordt toegepaste ac bias bepaald door de uitputtingsdiepte, die beurtelings grotendeels door de additiefconcentratie in het substraat wordt beïnvloed. Daarom door het meten van de capacitieve weerstandsverandering door toegepaste ac bias wordt veroorzaakt, of dC/dV, kan de additiefconcentratie op elk contactpunt dat worden in kaart gebracht. Om Het Even Welke mislukking toe te schrijven aan abnormale die additiefconcentratie kan dan van het beeld dC/dV, gelijktijdig met het capacitieve weerstandsbeeld worden geïdentificeerd van het VNA omvangsignaal wordt gemeten.

Experiment

De steekproef die was a depackaged 250nm de statische spaander van het directe toeganggeheugen (SRAM) worden getest. Een standaard de eenheidsbit van SRAM cel bevat zes gebiedseffect transistors (FETs): twee p-type FETs in goed goed n-gesmeerd en vier n-type FETs in een buur p. Onder duizenden bit cellen op de spaander, werd gevonden ontbroken. Binnen de ontbroken bit, één n-type werd FET gemeten hebbend abnormale Vt van het drempelvoltage. Het was 48ste n-type FET op die rij, zoals aangetoond in Figuur 1.

Figuur 1. Optisch beeld van een kleine sectie van de geteste spaander van SRAM. De ontbroken bit bevat n-type FET (achtenveertigste op die rij) met abnormale Vt.

De de microgolfmicroscopie werd van het Aftasten toen gebruikt in een poging om het even welke ongebruikelijke eigenschappen van de transistor (d.w.z., eigenschappen die van die van andere verschilden, normale transistors) te vinden. Een zuivere het metaalsonde en een conductively met een laag bedekte siliciumsonde allebei werden van PT gebruikt. De het metaalsonde van PT was lange 300 tot 400 ìm en maakte van stevig platina opgezet op een aluminiumsubstraat. Zijn de lenteconstante werd geschat zoals zijnd van 0.3 tot 0.8 nN/nm; zijn uiteindestraal van kromming was ongeveer 10 tot 20 NM. De siliciumsonde was lange 125 ìm en bedekte met 20nm Ti met een laag en 10nm PT. Zijn nominale de lenteconstante was 5 nN/nm en het had een uiteindestraal van ongeveer 40 NM.

Het Aftasten werd uitgevoerd in de omringende omstandigheden op contactwijze. De Geselecteerde frequenties van de microgolfverrichting waren tussen 2 en 5 GHz. De modulatie met lage frekwentie was kHz rond 80. Het aftastentarief was typisch van 0.5 tot 1 lijn/seconde. Beide types van sondes toonden verenigbare resultaten SMM op de spaander van SRAM.

Resultaten

Om om het even welk mogelijk probleem met een voldoende niveau van detail nauwkeurig te identificeren, elke twee paren FETs op de zelfde rij zoals ontbroken FET, van de drieënveertigste/vierenveertigste paar door de eenenvijftigste/tweeënvijftigste paar, zoals aangetoond in Figuur 2 werd afgetast. Een totaal van vier reeksen beelden (A, B, C, D) werden verworven in de zelfde omstandigheden. Elke reeks bevatte topografie (bovenkant), dC/dV (midden), en VNA omvang (bodem) beelden, die gelijktijdig werden verkregen. Voor illustratiedoeleinden, gelijk aantal n-type FETs op de zelfde rij zoals ontbroken FET met vierkanten in alle beelden werd geschetst.

Figuur 2. Vier reeksen (A, B, C, D) de microscopiebeelden van de aftastenmicrogolf op de ontbroken spaander van SRAM. Elke reeks bevat topografie (bovenkant), dC/dV (midden), en VNA gelijktijdig verworven omvang (bodem) beelden. De rode vierkanten schetsen ontbroken 48ste n-type FET; de blauwe vierkanten zijn normale n-type FETs op de zelfde rij.

De topografiebeelden van 48ste n-type FET, door de rode vierkanten in Cijfers 2 B1 en C1 worden geschetst, schenen om geen structuurverschil te hebben in vergelijking met andere, normale n-type FETs (blauwe vierkanten evenals de niet gemarkeerde in alle topografiebeelden dat). Zij waren ook zeer gelijkaardig aan die gezien op andere steekproeven van SRAM [2, 4].

In de beelden dC/dV, echter, was het verschil vrij merkbaar. Elke normale n-type toonde FET (blauw vierkant) constant een donker gebied dichtbij het centrum. De donkere (lage) waarde in het beeld dC/dV vertegenwoordigde p-type additief van de put in het kanaal. 48ste n-type was FET, anderzijds, volledig vlak zonder enig contrast, zoals aangetoond in de rode vierkanten van zowel Cijfers 2 B2 als C2.

Ontbrekende wees het p-additief signaal in 48ste n-type FET duidelijk op een verandering van additiefstructuur in het kanaalgebied van de transistor. De VNA omvangbeelden van 48ste n-type FET, indien zorgvuldig onderzocht in Cijfers 2 B3 en C3, toonden ook één of andere verschillende structuur in vergelijking met andere, normale n-type FETs. Dit wees op een verschillende capacitieve weerstand/impedantiewaarde.

Conclusies

Het nut van de microscopie van de aftastenmicrogolf voor de analyse van de halfgeleidermislukking is aangetoond. Beelden van additiefconcentratie van het signaal dC/dV op een spaander van SRAM worden de gemeten identificeerden duidelijk een ongebruikelijke additiefstructuur in ontbroken ntype FET die van andere, normale n-type dat FETs verschilde. Beelden van de Capacitieve Weerstand van de omvang VNA worden gemeten toonden ook een verschillend contrast in de transistor die.

Dit experiment heeft aangetoond dat de microscopie van de aftastenmicrogolf een geschikt direct-weergavehulpmiddel kan zijn om een verscheidenheid van elektromislukkingen in halfgeleiderapparaten bij de micrometer aan nanometerschaal te sonderen die niet zichtbaar van de structuur van de oppervlaktetopografie zijn.

Verwijzingen

[1] Bijvoorbeeld, P. Tangyunyong en C.Y. Nakakura, J. Vac. Sc.i. Technol. 21, 1539 (2003); T. Tong en A. Erickson, ISTFA 2004, Internationaal Symposium voor het Testen en Analyse van de Mislukking, 42 (2004).

[2] Wenhai Han, de Nota 5989-8881EN, 2008 van de Toepassing Agilent.

[3] F. Michael Serry, de Nota 5989-8818EN, 2008 van de Toepassing Agilent.

[4] Wenhai Han en Hassan Tanbakuchi, ISPM 08, de Internationale Conferentie van de Microscopie van de Sonde van het Aftasten, Seattle, Juni 2008.

[5] Wenhai Han, Photonics Spectrums, Mei 2008, p. 58.

[6] E.H. Nicollian en J.R. Brews, MOS (de Halfgeleider van het Metaaloxide) Fysica en Technologie, Wiley, New York, 1982.

Ongeveer Technologieën Agilent

De de nanotechnologieinstrumenten van de Technologieën van Agilent laten u beeld, manipuleren, en kenmerken een grote verscheidenheid van nanoscale gedrag-elektro, chemisch, biologisch, moleculair, en atoom. Onze toenemende inzameling van de nanotechnologieinstrumenten, toebehoren, software, diensten en verbruiksgoederen kan aanwijzingen openbaren u de nanoscalewereld moet begrijpen.

De Technologieën van Agilent biedt een brede waaier van high-precision atoomkrachtmicroscopen (AFM) aan om aan uw unieke onderzoekbehoeften te voldoen. Configureerbare instrumenten van Agilent staan toe de hoogst u om de mogelijkheden van het systeem als uw behoeften uit te breiden voorkomt. De temperatuur van Agilent industrie-leidt milieusystemen en vloeibare behandeling laat superieure vloeibare en zachte materialenweergave toe. De Toepassingen omvatten materiële wetenschap, elektrochemie, polymeer en leven-wetenschap toepassingen.

Bron: De Technologieën van Agilent

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve Technologieën Agilent

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

Last Update: 14. June 2013 06:50

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit