Микроскопия Микроволны Скеннирования для Анализа Отказа Полупроводника

Wenhai Ханом
Спонсировано Технологиями Keysight

Содержание

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

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 Keysight' 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.

Keysight-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 Keysight 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 Keysight, 2008.

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

Keysight глобальные электронные технология и лидер рынка измерения помогая преобразовать опыт измерения своих клиентов через рационализаторство в беспроволочном, модульном, и программных решениях. Keysight обеспечивает электронные аппаратуры измерения и системы и родственное ПО, инструменты для конструирования ПО и обслуживания используемые в конструкции, развитии, изготовлении, установке, раскрытии и деятельности радиотехнической аппаратуры. Информация о Keysight доступна на www.keysight.com.

Источник: Технологии Keysight

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Технологии Keysight

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

Last Update: 16. December 2014 07:35

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit