Scan ng Microwave mikroskopya para sa semiconductor Pagkabigo Pagsusuri

Ng Wenhai Han

Talaan ng nilalaman

Semiconductor Pagkabigo Pagsusuri

Pagkabigo pagtatasa ay isang mahalagang proseso sa pagbuo ng mga bagong produkto at / o ang pagpapabuti ng mga umiiral na mga produkto sa industriya ng semiconductor. Matagumpay na kabiguan pagsusuri ay maaaring makilala ang root sanhi ng isang nabigo na aparato at gabay sa pinagpaparusa pagkilos.

Pagtatasa semiconductor kabiguan ay madalas ay nagsasangkot ng isang bilang ng mga iba't-ibang pamamaraan, tulad ng curve pagsunod, pag-scan ng elektron mikroskopya, transmisyon elektron mikroskopya, microthermography, at nakatuon Ion sinag pagtatasa. Ang ilang mga pamamaraan na base sa atomic lakas mikroskopya ( AFM), tulad ng ang pag-scan mikroskopya ng kapasidad, kondaktibo AFM, at pag-scan ng pagkalat pagtutol mikroskopya, na rin ay utilized para sa pagtatasa ng iba't ibang mga nabigo aparato [1].

Sa artikulong ito, pagsusuri semiconductor kabiguan sa paggamit ng Agilent Technologies 'kamakailan lamang binuo pag-scan ng microwave mikroskopya (SMM) [2-5] ay ipinapakita.

Panimula sa SMM

Scan microwave mikroskopya ay pinagsasama ang mataas na spatial resolution afforded sa pamamagitan ng isang atomic mikroskopyo puwersa (AFM) na may mataas na electric kakayahan ng pagiging sensitibo ng pagsukat ng isang analisador vector network ( VNA). Sa SMM [2], isang pangyayari microwave signal na binuo mula sa VNA pumasa sa pamamagitan ng isang tugmang malagong circuit sa AFM at umabot sa dulo ng isang kondaktibo probe, na kung saan ay sa makipag-ugnay sa isang ibabaw . Ang makikita microwave mula sa punto ng contact ay sensed sa pamamagitan ng probe at bumalik sa ang VNA.

Sa pamamagitan ng pagsukat ng kumplikadong koepisyent ng salamin, o S11 parameter, ang kapasidad / impedance sa punto ng contact ay nakuha mula sa VNA. Sa pagsasanay, ang mga map na signal ay ang logarithm ng koepisyent ng salamin ng malawak, na may label na bilang VNA malawak, at ang VNA phase. Matapos wastong pagkakalibrate, ang kapasidad ng contact / impedance ay maaaring nagmula mula sa VNA malawak at mga halaga ng phase. Bago ang pagpapakilala ng SMM , lamang ng husay sukat ay ginagamit para sa ganitong uri ng pagtatasa trabaho ng kabiguan .

Agilent-eksklusibong SMM gumagana sa lahat ng mga pangunahing uri ng semiconductor: Si, GE, III-V (eg, GaAs, InAs, GaN), at II-VI (halimbawa, CdTe, ZnSe) . Hindi tulad ng capacitive na pamamaraan ng pag- scan -probe, SMM ay hindi nangangailangan ng isang oksido layer. Ito ay din ng isang napakahusay na pagpipilian para sa isang malawak na hanay ng mga biological at mga materyales science application, kabilang ang paglalarawan ng interfacial mga katangian at kaibahan mula sa molecular vibrational mode. Sa karagdagan sa kanyang kakayahan upang gumana sa Semiconductors, baso, polymers, keramika, at riles, ang pamamaraan ay nagbibigay-daan sa mga gumagamit ng Agilent AFM gumanap pagsisiyasat mataas na pagkamapagdamdam ng ferroelectric, dielectric, at PZT mga materyales. Mga Pag-aaral ng mga organic na pelikula, membranes, biological halimbawa, at mga channels ng Ion ay maaari ring makinabang mula sa paggamit ng SMM.

SMM para sa Semiconductors

Kapag ang isang metal probe ay sa makipag-ugnay sa isang ibabaw ng silikon, form ng isang metal oksido-semiconductor kapasitor-aral na rin sa semiconductor physics [6]. Sa isang pinasimpleng isang-dimensional modelo, ang kabuuang kapasidad ay mula sa kontribusyon ng dalawang capacitors konektado sa serial: sa ibabaw oksido dielectric layer na may isang nakapirming kapasidad at ang sa ilalim ng layer ng pag-ubos sa ang silikon substrate na may isang variable na kapasidad.

Ang kapasidad na pagkakaiba-iba ng layer ng pag-ubos sa tugon sa isang AC bias inilapat ay natukoy sa pamamagitan ng pag-ubos ng malalim, na kung saan ay sa turn kalakhan apektado ng dopant concentration sa substrate. Samakatuwid, sa pamamagitan ng pagsukat ng kapasidad na baguhin na sapilitan sa pamamagitan ng bias ang inilapat AC, o DC / DV, ang dopant concentration sa bawat punto ng contact ay maaaring mapa. Anumang pagkabigo dahil sa abnormal dopant concentration ay makikilala mula sa DC / DV imahe, nang sabay-sabay na may kapasidad na imahe na sinusukat mula sa VNA malawak signal.

Eksperimento

Ang sample na sinusuri ay isang depackaged 250nm static random access memory (SRAM) chip. Ang isang karaniwang SRAM bit ng unit ng cell ay naglalaman ng anim na patlang na epekto transistors (FETs): dalawang p-uri FETs sa isang n-doped rin at apat na n-type FETs sa isang kapit-bahay p rin. Kabilang sa mga libu-libo ng mga bit cell sa chip, isa ay natagpuan nabigo. Sa loob ng nabigo bit, ang isang n-type FET ay sinusukat pagkakaroon ng isang abnormal na threshold boltahe Vt. Ito ay ang 48 n-type FET sa hilera na iyon, tulad ng ipinapakita sa Figure 1.

Figure 1. Optical imahe ng isang maliit na seksyon ng ang nasubukan SRAM chip . Ang nabigong bit ay naglalaman ng isang n-uri FET (48 sa na hanay) na may isang abnormal Vt.

Scan microwave mikroskopya ay pagkatapos ay utilized sa isang pagtatangka upang mahanap ang anumang hindi pangkaraniwang katangian ng transistor (ibig sabihin, mga katangian na differed mula sa mga ng sa iba pang, normal na mga transistors). Ang isang purong PT metal probe at isang conductively pinahiran probe silikon ay parehong ginagamit. Ang PT metal probe ay 300 upang 400 Im mahaba at ginawa ng matatag na platinum na inimuntar sa isang substrate aluminyo. Nito sa spring constant ay tinatayang bilang mula sa 0.3 sa 0.8 nN / nm; nito tip radius ng kurbada ay humigit-kumulang 10 hanggang 20 nm. Ang silikon probe ay 125 Im mahaba at pinahiran na may 20nm Ti at 10nm PT. Nito sa maliit na spring na pare-pareho ay 5 nN / nm at ito ay isang tip na radius ng tungkol sa 40 nm.

Scan ay isinasagawa sa ilalim ng paligid kondisyon sa makipag-ugnay sa mode. Napiling mga frequency ng microwave operasyon ay sa pagitan ng 2 at 5 GHz. Ang mababang dalas ng modulasyon ay sa paligid ng 80 kHz. Ang scan rate ay karaniwang mula sa 0.5 sa 1 linya / sec. Ang parehong mga uri ng mga probes ay nagpakita ng pare-pareho SMM na mga resulta sa ang SRAM chip.

Mga Resulta

Upang tumpak na tukuyin ang anumang posibleng problema sa isang sapat na antas ng detalye, bawat dalawang pares ng FETs sa parehong hilera bilang ang nabigong FET na-scan, mula sa 43rd/44th pares sa pamamagitan ng 51st/52nd pares, tulad ng ipinapakita sa Figure 2. Isang kabuuan ng apat na hanay ng mga larawan (A, B, C, D) ay nakuha sa ilalim ng parehong kundisyon. Set bawat nilalaman topographiya (itaas), DC / DV (gitna), at VNA malawak (ibaba) na mga imahe, na kung saan ay nakuha nang sabay-sabay. Para sa mga layunin ng paglalarawan, ng kahit na bilang n-type FETs sa parehong hilera bilang ang nabigong FET ay nakabalangkas sa mga parisukat sa lahat ng mga imahe.

Figure 2. Apat na hanay (A, B, C, D) ng pag-scan ng mga microwave imahe mikroskopya sa nabigong SRAM chip. Set Naglalaman ang bawat topographiya (itaas), DC / DV (gitna), at VNA malawak (ilalim) imahe, nakuha nang sabay-sabay. Ang mga red na parisukat outline ang nabigong 48 n-type FET, ang mga asul na parisukat ay normal n-type FETs sa parehong hanay.

Ang mga imahe ng topographiya ng 48 n-type FET, na binalangkas sa pamamagitan ng pulang parisukat sa numero 2 B1 at C1, ay hindi lumitaw sa anumang mga pagkakaiba ng istraktura na inihambing sa sa iba pang, normal n-type FETs (bughaw parisukat pati na rin ang mga marka mga sa lahat ng mga imahe ng topographiya). Sila ay din halos katulad sa mga nakita sa iba pang mga halimbawa ng SRAM [2, 4].

Sa DC / DV imahe, gayunpaman, ang pagkakaiba ay masyadong kapansin-pansin. Bawat normal n-type FET (bughaw parisukat) ay patuloy na nagpakita ng isang madilim na lugar na malapit sa gitna. Ang madilim (mababa) na halaga sa DC / DV imahe kinakatawan p-type dopant ng maayos sa ang channel. Ang 48 na n-type FET, sa kabilang banda, ay ganap na flat nang walang anumang kaibahan, tulad ng ipinapakita sa pulang parisukat ng parehong numero ng B2 2 at C2.

Ang nawawalang mga p-dopant signal sa 48 n-type FET ay malinaw na ipinahiwatig ng pagbabago ng dopant istraktura sa channel lugar ng transistor. Ang mga imahe ng VNA malawak ng ang 48 n-type FET, kung napagmasdan maingat sa numero 2 B3 at C3, din ay nagpakita ng ilang iba't ibang mga istraktura kumpara sa iba pang, normal n-type FETs. Ito sinabi ng ibang kapasidad / impedance halaga.

Konklusyon

Ang utility na -scan mikroskopya ng microwave para sa pagtatasa ng kabiguan ng semiconductor ay ipinapakita. Mga imahe ng dopant concentration sinusukat mula sa DC / DV signal sa isang SRAM chip malinaw na nakilala ang isang hindi pangkaraniwang dopant istraktura sa isang nabigong n-type FET na differed mula sa iba pang, normal n-type FETs. Mga imahe sa kapasidad na sinusukat mula sa VNA malawak din ay nagpakita sa isang iba't ibang mga kaibahan sa transistor.

Eksperimento na ito ay ipinapakita na ang pag-scan ng microwave mikroskopya ay maaaring maging isang maginhawang direct-imaging tool para sa probing isang iba't ibang mga electrical pagkabigo sa mga aparato sa semiconductor sa mikron sa nanometer sukat na ito ay hindi makikita mula sa istraktura ng ibabaw topographiya.

Mga sanggunian

[1] Halimbawa, P. Tangyunyong at CY Nakakura, J. Vac. Sci. Technol. Ang isang 21, 1539 (2003); T. Tong at A. Erickson, ISTFA 2004, International panayam para sa Pagsubok at Pagsusuri ng Pagkabigo, 42 (2004) .

[2] Wenhai Han, Agilent Application Tandaan 5989-8881EN, 2008.

[3] F. Michael Serry, Agilent Application Tandaan 5989-8818EN, 2008.

[4] Wenhai Han at Hassan Tanbakuchi, ISPM 08, International scan mikroskopya Probe Conference, Seattle, Hunyo 2008.

[5] Wenhai Han, Photonics Spectra, Mayo 2008, p. 58.

[6] EH Nicollian at JR Brews, buwan (metal oksido semikondaktor) Physics at Teknolohiya, Wiley, New York, 1982.

Tungkol sa Agilent Technologies

Agilent Technologies instrumento Nanotechnology ipaalam imahe, manipulahin, at makilala ang isang malawak na iba't ibang mga nanoscale pag-uugali-electrical, kemikal, biological, molecular, at atomic . Ang aming lumalaking koleksyon ng mga instrumento Nanotechnology, mga accessories, software, serbisyo at consumables ay maaaring ibunyag ang mga palatandaan na kailangan mong maunawaan ang nanoscale mundo.

Agilent Technologies ay nag-aalok ng isang malawak na hanay ng mga mataas na katumpakan ng atomic microscopes puwersa (AFM) upang matugunan ang iyong mga natatanging pangangailangan ng pananaliksik. Agilent mataas na-configure instrumento daan sa iyo upang palawakin ang mga kakayahan ng system ng iyong mga pangangailangan nangyari. Agilent ng industriya-nangungunang kapaligiran / temperatura system at tuluy-tuloy na paghawak ay nagbibigay-daan sa nakahihigit na likido at malambot na mga materyales imaging. Aplikasyon isama ang agham ng materyal, elektrokimika, polimer at buhay-agham na application.

Source: Agilent Technologies

Para sa karagdagang impormasyon sa pinagmulan, mangyaring bisitahin ang Agilent Technologies