Микроскопия Микроволны Скеннирования для Анализа Отказа Полупроводника

Wenhai Ханом

Содержание

Анализ Отказа Полупроводника
Введение к SMM
SMM для Полупроводников
Эксперимент
Результаты
Заключения
Справки
О Технологиях Agilent

Анализ Отказа Полупроводника

Анализ Отказа существенный процесс в развитии новых продуктов и/или улучшении существующих продуктов в индустрии полупроводника. Успешный анализ отказа может определить первопричину акций в исправление неудачного прибора и направляющего выступа.

Анализ отказа Полупроводника часто включает несколько различных методов, как вычерчивание кривого, электронная микроскопия скеннирования, электронная просвечивающая микроскопия, microthermography, и сфокусированный анализ луча иона. Несколько методов основанных на атомной микроскопии усилия (AFM), как микроскопия емкости скеннирования, проводной AFM, и микроскопия распространяя сопротивления скеннирования, также были использованы для анализа различных неудачных приборов [1].

В настоящей статье, продемонстрирован анализ отказа полупроводника используя микроскопию микроволны Технологий Agilent' недавно начатую (SMM) просматривая [2-5].

Введение к SMM

Микроскопия микроволны Скеннирования совмещает высокое пространственное разрешение позволянное атомным микроскопом усилия (AFM) с возможностями измерения высок-чувствительности электрическими анализатора сети вектора (VNA). В SMM [2], сигнал микроволны случая произведенный от VNA проходит через, котор соответствуют резонирующую цепь в AFM и достигает конец проводного зонда, который в контакте с поверхностью. Отраженная микроволна от точки соприкосновения воспринята зондом и возвращена к VNA.

Путем измерять сложный коэффициент отражения, или параметр S11, емкость/импеданс на точка соприкосновения получены от VNA. На практике, отображанные сигналы логарифм амплитуды коэффициента отражения, обозначенный как амплитуда VNA, и участок VNA. После правильной тарировки, емкость/импеданс контакта можно вывести от значений амплитуды и участка VNA. До введения SMM, только качественные измерения были использованы для этого типа работы анализа отказа.

Agilent-Исключительное SMM работает на всех главных типах полупроводника: Si, Ge, III-V (например, GaAs, InAs, GaN), и II-VI (например, CdTe, ZnSe). Не Похож На методы скеннировани-зонда емкостные, SMM не требует слоя окиси. Также превосходный выбор для широкого диапазона применений биологических и материалов науки, включая характеризацию interfacial свойств и контраста от молекулярных вибрационных режимов. В дополнение к своей способности работать на полупроводниках, стеклах, полимерах, керамике, и металлах, метод препятствует пользователям Agilent AFM выполнить исследования высок-чувствительности материалов ferroelectric, диэлектрических, и PZT. Изучения органических фильмов, мембран, биологических образцов, и каналов иона консервируют также выгоду от использования SMM.

SMM для Полупроводников

Когда зонд металла в контакте с поверхностью кремния, он формирует конденсатор окис-полупроводника металла - хорошее изученное в физике полупроводника [6]. В упрощенной одноразмерной модели, полная емкость приходит от вкладов 2 конденсаторов подключенных в серии: поверхностный слой диэлектрика окиси с фикчированной емкостью и underneath обедненный слой в субстрате кремния с переменной емкостью.

Изменение емкости обедненного слоя в ответ на прикладное смещение ac определено глубиной расхода, которая в свою очередь в большинстве повлияна на концентрацией dopant в субстрате. Поэтому, путем измерять емкость измените наведено прикладной смещением ac, или dC/dV, концентрация dopant на каждая точка соприкосновения можно отобразить. Любой отказ должный к анормалной концентрации dopant можно после этого определить от изображения dC/dV, одновременно при изображение емкости измеренное от сигнала амплитуды VNA.

Эксперимент

Будучи испытыванным образец был depackaged статическим обломоком оперативного запоминающего устройства (SRAM) 250nm. Стандартная клетка бита блока SRAM содержит 6 транзисторов влияния поля (FETs): 2 p-тип FETs в n-данном допинг колодце и 4 n-тип FETs в колодце p соседа. Среди тысяч клеток бита на обломоке, считать неудачным. Внутри неудачного бита, был измерен один n-тип FET имеющ анормалный Vt напряжения тока порога. Было 48th n-типом FET на том рядке, как показано в Диаграмме 1.

Диаграмма 1. Оптически изображение малого раздела испытанного обломока SRAM. Неудачный бит содержит n-тип FET (48th на том рядке) с анормалным Vt.

Микроскопия микроволны Скеннирования после этого была использована в попытке найти все необыкновенные свойства транзистора (т.е., свойств которые отличали от того из другого, нормальных транзисторов). Были использованы чисто зонд металла Pt и проводно покрынный зонд оба кремния. Зонд металла Pt был ìm 300 до 400 длиной и сделано твердой платины установленной на алюминиевом субстрате. Своя константа весны была оценена как был от 0,3 до 0,8 nN/nm; свой радиус подсказки погнутости был приблизительно 10 до 20 nm. Зонд кремния было ìm 125 длиной и покрыно с Ti 20nm и 10nm Pt. Своя номинальная константа весны была 5 nN/nm и она имела радиус подсказки около 40 nm.

Скеннирование была унесена под внешними условиями в режиме контакта. Выбранные частоты деятельности микроволны находились между 2 и 5 GHz. Низкочастотная модуляция была вокруг 80 КГц. Частота сканирования была типично от 0,5 до 1 линия/sec. Оба типа зондов показали последовательные результаты SMM на обломоке SRAM.

Результаты

Точно для того чтобы определить любую возможную проблему с достаточным уровнем детали, каждые 2 пары FETs на таком же рядке как неудачного FET были просмотрены, от 43rd/44th пара через 51st/52nd пара, как показано в Диаграмме 2. Итог 4 комплектов изображений (A, B, C, D) был приобретен в тех же условиях. Каждый комплект содержал топографию (верхнюю часть), dC/dV (среднее), и амплитуду VNA изображения (нижние), которые были получены одновременно. Для иллюстрации намеревает, даже n-тип FETs номера на таком же рядке какой неудачному FET конспектировал с квадратами в всех изображениях.

Диаграмма 2. 4 комплекта (A, B, C, D) изображений микроскопии микроволны скеннирования на неудачном обломоке SRAM. Каждый комплект содержит топографию (верхнюю часть), dC/dV (среднее), и амплитуду VNA изображения (нижние), приобретенные одновременно. Красные квадраты конспектируют неудачный 48th n-тип FET; голубые квадраты нормальный n-тип FETs на таком же рядке.

Не показалось, что имели изображения топографии 48th n-типа FET, конспектированные красными квадратами в Диаграммах 2 B1 и C1, любую разницу в сравненную к другому, нормальный n-тип FETs структуры (голубые квадраты так же, как неотмеченные одни в всех изображениях топографии). Они были также очень подобны к ониувиденным на других образцах SRAM [2, 4].

В изображениях dC/dV, однако, разница была довольно заметна. Каждый нормальный n-тип FET (голубой квадрат) последовательно показал темную область около центра. Темное (низкое) значение в изображении dC/dV представило p-тип dopant хорошо внутри канала. 48th n-тип FET, с другой стороны, был вполне плосок без любого контраста, как показано в красных квадратах и Вычисляет 2 B2 и C2.

Пропавший сигнал p-dopant в 48th n-типе FET ясно показал изменение структуры dopant в зоне канала транзистора. Изображения амплитуды VNA 48th n-типа FET, если расмотрено тщательно в Диаграммах 2 B3 и C3, также показанных некоторую различную структуру сравнили к другому, нормальному n-типу FETs. Это показало различные емкость/значение импеданса.

Заключения

Было продемонстрировано общее назначение микроскопии микроволны скеннирования для анализа отказа полупроводника. Изображения концентрации dopant измеренные от сигнала dC/dV на обломоке SRAM ясно определили необыкновенную структуру dopant в неудачном типе FET который отличал от другого, нормальном n-типе FETs n-. Изображения Емкости измеренные от амплитуды VNA также показали различный контраст в транзисторе.

Этот эксперимент показал что просматривая микроскопия микроволны может быть удобным инструментом непосредственн-воображения для зондировать разнообразие электрические отказы в полупроводниковых устройствах на микрометре к маштабу нанометра которые не видимы от поверхностной структуры топографии.

Справки

[1] Например, P. Tangyunyong и C.Y. Nakakura, J. ВПТ. Sci. Technol. 21, 1539 (2003); T. Схват и A. Erickson, ISTFA 2004, Международный Симпозиум для Испытывать и Анализ Отказа, 42 (2004).

[2] Wenhai Хан, Примечание по Применению 5989-8881EN Agilent, 2008.

[3] F. Майкл Serry, Примечание по Применению 5989-8818EN Agilent, 2008.

[4] Wenhai Хан и Хасан Tanbakuchi, ISPM 08, Международное Конференция Микроскопии Зонда Скеннирования, Сиэтл, Июнь 2008.

[5] Wenhai Хан, Спектры Photonics, Май 2008, P. 58.

[6] E.H. Nicollian и J.R. Brew, MOS (Полупроводник Окиси Металла) Физика и Технология, Wiley, Нью Йорк, 1982.

О Технологиях Agilent

Аппаратуры нанотехнологии Технологий Agilent препятствуют вам изображение, манипулируют, и характеризуют большое разнообразие nanoscale поведени-электрическое, химическое, биологическое, молекулярное, и атомное. Наше растущее собрание аппаратур, вспомогательного оборудования, ПО, обслуживаний и потребляемых веществ нанотехнологии может показать ключи вам нужно понять мир nanoscale.

Технологии Agilent предлагают широкий диапазон высокоточных атомных микроскопов усилия (AFM) для того чтобы отвечать ваши уникально потребностямы исследования. Аппаратуры Agilent сильно конфигурируемые позволяют вам расширить возможности системы по мере того как ваши потребности происходят. Системы температуры Agilent ведущие в отрасли относящие к окружающей среде и жидкий регулировать включают главную жидкость и мягкое воображение материалов. Применения включают материальную науку, электрохимию, полимер и применения наук о жизни.

Источник: Технологии Agilent

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Технологии Agilent

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

Last Update: 14. June 2013 07:17

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit