Microscopia da Microonda da Exploração para a Análise da Falha do Semicondutor

Por Wenhai Han
Patrocinado por Tecnologias de Keysight

Índice

Análise da Falha do Semicondutor
Introdução a SMM
SMM para Semicondutores
Experiência
Resultados
Conclusões
Referências
Sobre Tecnologias de Keysight

Análise da Falha do Semicondutor

A análise da Falha é um processo vital na revelação de produtos novos e/ou na melhoria de produtos existentes na indústria do semicondutor. A análise Bem Sucedida da falha pode identificar a causa origem de um dispositivo falhado e guiar acções correctivas.

A análise da falha do Semicondutor envolve frequentemente um número de técnicas diferentes, tais como o traçado de curva, a microscopia de elétron da exploração, a microscopia de elétron de transmissão, o microthermography, e a análise focalizada do feixe de íon. Diversas técnicas baseadas na microscopia atômica da força (AFM), tal como a microscopia da capacidade da exploração, AFM condutor, e microscopia da resistência de espalhamento da exploração, foram utilizadas igualmente para a análise dos vários dispositivos falhados [1].

Neste artigo, a análise da falha do semicondutor que usa a microscopia de varredura recentemente desenvolvida da microonda das Tecnologias de Keysight' (SMM) [2-5] é demonstrada.

Introdução a SMM

A microscopia da microonda da Exploração combina a definição espacial alta tida recursos para por um microscópio atômico da força (AFM) com as capacidades elétricas da medida da alto-sensibilidade de um analisador de rede do vector (VNA). Em SMM [2], um sinal da microonda do incidente gerado do VNA passa através de um circuito ressonante combinado no AFM e alcança a extremidade de uma ponta de prova condutora, que seja em contacto com uma superfície. A microonda refletida do ponto de contacto é detectada pela ponta de prova e retornada ao VNA.

Pela medição do coeficiente de reflexão complexo, ou pelo parâmetro S11, a capacidade/impedância no ponto de contacto é obtida do VNA. Na prática, os sinais traçados são o logarítmo da amplitude do coeficiente de reflexão, etiquetado como a amplitude de VNA, e a fase de VNA. Após a calibração apropriada, a capacidade/impedância do contacto pode ser derivada dos valores da amplitude e da fase de VNA. Antes da introdução de SMM, somente as medidas qualitativas tinham sido usadas para este tipo de trabalho de análise da falha.

SMM Keysight-Exclusivo trabalha em todos os tipos principais do semicondutor: Si, Ge, III-V (por exemplo, GaAs, InAs, GaN), e II-VI (por exemplo, CdTe, ZnSe). Ao Contrário das técnicas capacitivas da exploração-ponta de prova, SMM não exige uma camada do óxido. É igualmente uma escolha magnífica para uma vasta gama de aplicações biológica e de materiais da ciência, incluindo a caracterização de propriedades e do contraste interfacial dos modos vibracionais moleculars. Além do que sua capacidade para trabalhar em semicondutores, vidros, polímeros, cerâmica, e metais, a técnica deixa usuários de Keysight AFM executar investigações da alto-sensibilidade de materiais ferroelectric, dieléctricos, e de PZT. Os Estudos de filmes orgânicos, de membranas, de amostras biológicas, e de canais do íon podem igualmente tirar proveito do uso de SMM.

SMM para Semicondutores

Quando uma ponta de prova do metal é em contacto com uma superfície do silicone, forma um capacitor do óxido-semicondutor do metal - bom estudado na física do semicondutor [6]. Em um modelo de uma dimensão simplificado, a capacidade total vem das contribuições de dois capacitores conectados na série: a camada dieléctrica do óxido de superfície com uma capacidade fixa e embaixo a camada de prostração na carcaça de silicone com uma capacidade variável.

A variação da capacidade da camada de prostração em resposta a uma polarização aplicada da C.A. é determinada pela profundidade da prostração, que por sua vez é afectada pela maior parte pela concentração de entorpecente na carcaça. Conseqüentemente, medindo a capacidade mude induzido pela polarização aplicada da C.A., ou dC/dV, a concentração de entorpecente em cada ponto de contacto pode ser traçado. Toda A falha devido à concentração de entorpecente anormal pode então ser identificada da imagem de dC/dV, simultaneamente com a imagem da capacidade medida do sinal da amplitude de VNA.

Experiência

A amostra que está sendo testada era um chip de memória 250nm de acesso aleatório estático depackaged (SRAM). Uma pilha de bit padrão da unidade do SRAM contem seis transistor de efeito de campo (FETs): dois p-tipo FETs em um poço n-lubrificado e quatro n-tipo FETs em um poço do vizinho p. Entre milhares de pilhas de bit na microplaqueta, se foi encontrado falhado. Dentro do bit falhado, um n-tipo FET foi medido tendo um Vt anormal da tensão do ponto inicial. Era o 48th n-tipo FET nessa fileira, segundo as indicações de Figura 1.

Figura 1. imagem Óptica de uma secção pequena da microplaqueta testada do SRAM. O bit falhado contem um n-tipo FET (o 48th nessa fileira) com um Vt anormal.

A microscopia da microonda da Exploração foi utilizada então na tentativa de encontrar todas as propriedades incomuns do transistor (isto é, as propriedades que diferiram daquelas do outro, transistor normais). Uma ponta de prova pura do metal da Pinta e uma ponta de prova condutora revestida ambos do silicone foram usadas. A ponta de prova do metal da Pinta era o ìm 300 a 400 por muito tempo e feito da platina contínua montada em uma carcaça de alumínio. Sua constante da mola foi calculada como sendo 0,3 a 0,8 nN/nm; seu raio da ponta de curvatura era aproximadamente 10 a 20 nanômetro. A ponta de prova do silicone era o ìm 125 longo e revestido do Si 20nm e do 10nm Pinta. Sua constante nominal da mola era 5 nN/nm e teve um raio da ponta de aproximadamente 40 nanômetro.

A Exploração foi realizada sob condições ambientais no modo de contacto. As freqüências Selecionadas da operação da microonda estavam entre 2 e 5 Gigahertz. A modulação de baixa frequência era ao redor 80 quilohertz. A taxa de varredura era tipicamente 0,5 a 1 linhas/segundos. Ambos Os tipos de pontas de prova mostraram resultados consistentes de SMM na microplaqueta do SRAM.

Resultados

Para identificar exactamente todo o problema possível com um suficiente nível de detalhe, cada dois pares de FETs na mesma fileira que o FET falhado foram feitos a varredura, do 43rd/44th par ao 51st/52nd par, segundo as indicações de Figura 2. Um total de quatro grupos de imagens (A, B, C, D) foi adquirido sob as mesmas circunstâncias. Cada grupo conteve a topografia (parte superior), o dC/dV (médio), e da amplitude de VNA as imagens (inferiores), que foram obtidas simultaneamente. Para fins ilustrativos, o n-tipo FETs do número uniforme na mesma fileira que o FET falhado foi esboçado com quadrados em todas as imagens.

Figura 2. Quatro grupos (A, B, C, D) de imagens da microscopia da microonda da exploração na microplaqueta falhada do SRAM. Cada grupo contem a topografia (parte superior), o dC/dV (médio), e da amplitude de VNA as imagens (inferiores), adquiridas simultaneamente. Os quadrados vermelhos esboçam o 48th n-tipo falhado FET; os quadrados azuis são n-tipo normal FETs na mesma fileira.

As imagens da topografia do 48th n-tipo FET, esboçadas os quadrados vermelhos nas Figuras por 2 B1 e C1, não pareceram ter nenhuma diferença comparada à outro, n-tipo normal FETs da estrutura (quadrados azuis assim como não marcado em todas as imagens da topografia). Eram igualmente muito similares àqueles vista em outras amostras do SRAM [2, 4].

Nas imagens de dC/dV, contudo, a diferença era bastante visível. Cada n-tipo normal FET (quadrado azul) mostrou consistentemente uma área escura perto do centro. (O baixo) valor escuro na imagem de dC/dV representou o p-tipo entorpecente bem dentro do canal. O 48th n-tipo FET, por outro lado, era completamente liso sem nenhum contraste, segundo as indicações dos quadrados vermelhos de Figura 2 B2 e C2.

O sinal faltante do p-entorpecente no 48th n-tipo FET indicou claramente uma mudança da estrutura do entorpecente na área do canal do transistor. As imagens da amplitude de VNA do 48th n-tipo FET, se examinado com cuidado nas Figuras 2 B3 e C3, igualmente mostrados alguma estrutura diferente compararam às outro, n-tipo normal FETs. Isto indicou uma capacidade/valor diferentes da impedância.

Conclusões

O serviço público da microscopia da microonda da exploração para a análise da falha do semicondutor foi demonstrado. As Imagens da concentração de entorpecente medidas do sinal de dC/dV em uma microplaqueta do SRAM identificaram claramente uma estrutura incomum do entorpecente em um tipo falhado FET que diferisse de outro, n-tipo normal FETs do n. As imagens da Capacidade medidas da amplitude de VNA igualmente mostraram um contraste diferente no transistor.

Esta experiência mostrou que a microscopia de varredura da microonda pode ser uma ferramenta conveniente da directo-imagem lactente para sondar uma variedade de falhas elétricas nos dispositivos de semicondutor no micrômetro à escala do nanômetro que não são visíveis da estrutura de superfície da topografia.

Referências

[1] Por exemplo, P. Tangyunyong e C.Y. Nakakura, J. Vácuo Sci. Technol. Uns 21, 1539 (2003); T. Tong e A. Erickson, ISTFA 2004, Simpósio Internacional para Testar e Análise da Falha, 42 (2004).

[2] Wenhai Han, Nota de Aplicação 5989-8881EN de Keysight, 2008.

[3] F. Michael Serry, Nota de Aplicação 5989-8818EN de Keysight, 2008.

[4] Wenhai Han e Hassan Tanbakuchi, ISPM 08, Conferência Internacional da Microscopia da Ponta De Prova da Exploração, Seattle, Em junho de 2008.

[5] Wenhai Han, Espectros de Photonics, Em maio de 2008, P. 58.

[6] E.H. Nicollian e J.R. Fermentação, MOS (Semicondutor de Óxido de Metal) Física e Tecnologia, Wiley, New York, 1982.

Sobre Tecnologias de Keysight

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Source: Tecnologias de Keysight

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Date Added: Apr 29, 2011 | Updated: Dec 16, 2014

Last Update: 16. December 2014 07:35

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