扫描半导体故障分析的微波显微学

Wenhai 韩

目录

半导体故障分析
SMM 简介
半导体的 SMM
实验
结果
结论
参考
关于 Agilent 技术

半导体故障分析

故障分析是在新产品的发展并且/或者现有的产品的改善的一个重要进程在半导体行业的。 成功的故障分析可能识别一个不合格的设备的起因和引导更正活动。

半导体故障分析经常介入一定数量不同的技术,例如曲线作图、扫描电子显微镜术、透射电镜术、 microthermography 和集中的离子束分析。 在基本强制显微学基础上的几个技术 (AFM),例如扫描电容显微学,导电性 AFM 和扫描扩展电阻显微学,为对多种不合格的设备也使用 [1 的] 分析。

在此条款上,半导体使用 Agilent 技术’最近被开发的浏览的微波显微学 [2-5 的 (SMM)] 故障分析被展示。

SMM 简介

扫描微波显微学结合一个基本强制显微镜提供的高空间分辨率 (AFM)以向量网络分析仪的高区分电评定功能 (VNA)。 在 SMM [2],从 VNA 生成的事件微波信号穿过在 AFM 的一个被符合的谐振电路并且到达导电性探测的末端,是与表面联系。 从联系人地点的被反射的微波由探测感觉并且返回到 VNA。

由评定复杂反射系数或者 S11 参数,电容/阻抗在联系人地点从 VNA 获得。 实际上,被映射的信号是反射系数高度的对数,被标记作为 VNA 高度和 VNA 阶段。 在适当的定标以后,联络电容/阻抗可以从 VNA 高度和阶段值派生。 在 SMM 的简介之前,仅定性评定为此种故障分析工作使用了。

Agilent 独有的 SMM 研究所有主要半导体类型: Si、 Ge、 III-V (即, GaAs, InAs, GaN) 和 II-VI (即, CdTe, ZnSe)。 不同于扫描探测电容技术, SMM 不要求一块氧化物层。 它也是各种各样的生物和材料学应用的一个雄伟选择,包括界面的属性和对比的描述特性从分子振动模式。 除其能力在半导体,玻璃、聚合物、陶瓷和金属从事之外,这个技术让 Agilent AFM 用户进行铁电,电介质和 PZT 材料的高区分调查。 有机影片、膜、生物范例和离子通道的研究可能也受益于使用 SMM。

半导体的 SMM

当金属探测是与硅表面联系时,它形成金属氧化物半导体电容器 - 在半导体物理学习的好 [6]。 在一个简化的一维设计,总电容来自在序列连接的二台电容器的摊缴: 与在底下固定的电容的表面氧化物电介质层和在硅体的耗尽层与可变的电容。

取尽深度取决于耗尽层的电容差异以回应应用的 ac 偏心的,反过来受在这个基体的掺质浓度的主要影响。 所以,通过评定电容请更改导致由应用的 ac 偏心,或者 dC/dV,在每个联系人地点的掺质浓度可以被映射。 所有故障由于异常掺质浓度可能从 dC/dV 图象然后被识别,同时与从 VNA 高度信号计量的电容图象。

实验

被测试的这个范例是一个 depackaged 250nm 静态随机存取存储器 (SRAM)筹码。 一次标准 SRAM 部件位单元包含六个场效应晶体管 (FETs): 在一口 n 被掺杂的井的二个 p 型的 FETs 和在邻居 p 井的四个 n 型的 FETs。 在千位在这个筹码的位单元中,找到一个人不合格。 在不合格的位里面,一个 n 型的 FET 被评定了有异常阈值电压 Vt。 如图 1. 所显示,它是在该行的第 48 个 n 型的 FET。

图 1. 光学图象被测试的 SRAM 筹码的一个小的部分。 不合格的位包含 n 型的 FET (第 48 在该行) 有异常 Vt 的。

扫描微波显微学然后使用为查找晶体管 (即,与那些其他有所不同的属性,正常晶体管) 的所有异常的属性。 使用了纯 Pt 金属探测和导电性上漆的硅探测两个。 Pt 金属探测长期是 300 到 400 ìm 和在铝基体挂接的做固定的白金。 其弹簧常数估计作为是从 0.3 到 0.8 nN/nm; 其技巧曲率半径是大约 10 到 20 毫微米。 硅探测是 125 ìm 长和上漆与 20nm 钛和 10nm Pt。 其名义上的弹簧常数是 5 个 nN/nm,并且它有一条技巧半径大约 40 毫微米。

扫描在四周条件下在联系模式下被执行了。 所选的微波运算频率在 2 和 5 GHz 之间。 低频率模块化是大约 80 kHz。 扫瞄速率典型地是从 0.5 到 1 线路/秒数。 探测的两个类型显示了在 SRAM 筹码的一致的 SMM 结果。

结果

准确地确定一个满足的详细程度的所有可能的问题,每二个对在行的 FETs 和不合格的 FET 一样从第 43/第 44 个浏览,对通过第 51/第 52 个对,如图所显示 2. 总共四套图象 (A, B, C, D) 在同样条件下获取了。 每集包含了地势 (顶层), dC/dV (中间) 和 VNA 高度 (底部) 图象,同时得到。 用于示例的目的,在行的偶数 n 型的 FETs 和不合格的 FET 一样概述与在所有图象的正方形。

图 2。 四集 (A, B, C, D) 扫描微波在不合格的 SRAM 筹码的显微学图象。 每集包含地势 (顶层), dC/dV (中间) 和 VNA 高度 (底部) 图象,同时获取。 红场概述不合格的第 48 个 n 型的 FET; 蓝色正方形是在同一行的正常 n 型的 FETs。

第 48 个 n 型的 FET 的地势图象,概述由红场在表 2 个 B1 和 C1,没有看上去有任何结构区别与其他,正常 n 型的 FETs (蓝色正方形以及未玷污部分比较总计地势图象)。 他们也非常类似于在其他 SRAM 范例看见的那些 [2, 4]。

在 dC/dV 图象,然而,这个区别是相当显而易见的。 每个正常 n 型的 FET (蓝色正方形) 在这个中心附近一贯地显示了一黑暗的区。 在 dC/dV 图象的黑暗的 (低值) 表示很好通道的 p 型的掺杂物。 第 48 个 n 型的 FET,另一方面,是完全地平面的没有任何对比,如红场所显示图 2 个 B2 和 C2。

在第 48 个 n 型的 FET 的缺少 p 掺杂物信号明显地指示掺杂物结构的变化在晶体管的通道区上。 第 48 个 n 型的 FET 的 VNA 高度图象,如果认真地检查在表,也显示的 2 个 B3 和 C3 一些另外结构与其他,正常 n 型的 FETs 比较了。 这指示一个不同的电容/阻抗值。

结论

扫描半导体故障分析的微波显微学的实用程序被展示了。 从在 SRAM 筹码的 dC/dV 信号计量的掺质浓度的图象明显地识别在与其他有所不同的一个不合格的 n- 类型 FET,正常 n 型的 FETs 的一个异常的掺杂物结构。 从 VNA 高度计量的电容图象在晶体管也显示了一个不同的对比。

此实验向显示浏览的微波显微学可以是为探查各种各样的停电的一个方便直接想象工具在从表面地势结构不是可视的半导体设备在这个测微表对毫微米缩放比例。

参考

[1] 例如, P. Tangyunyong 和 C.Y. Nakakura, J. Vac. Sci。 Technol。 21日 1539 (2003); T. 钳子和 A. 埃里克森、 ISTFA 2004年,国际专题讨论会测试的和故障分析, 42 (2004)。

[2] Wenhai 韩, Agilent 应用注解 5989-8881EN, 2008年。

[3] F. 迈克尔 Serry, Agilent 应用注解 5989-8818EN, 2008年。

[4] Wenhai 韩和哈桑 Tanbakuchi, ISPM 08,国际扫描探测显微学会议,西雅图, 2008年 6月。

[5] Wenhai 韩, Photonics 光谱, P. 5月 2008年, 58。

[6] E.H. Nicollian 和 J.R. Brews, MOS (金属氧化物半导体) Physics 和 Technology,威里,纽约, 1982年。

关于 Agilent 技术

Agilent 技术纳米技术仪器让您图象,操作,并且分析基本各种各样的 nanoscale 工作情况电子,化工,生物,分子和。 我们的纳米技术仪器、辅助部件、软件、服务和可消耗的生长收藏可能显示您需要了解 nanoscale 世界的线索。

Agilent 技术提供各种各样高精密度的基本强制显微镜 (AFM)适应您的唯一研究需要。 当您的需要发生, Agilent 的高度可配置仪器允许您扩展系统能力。 Agilent 的领先业界的环境温度系统和可变处理启用优越液体和虚拟材料想象。 应用包括材料学、电化学、聚合物和人生科学应用。

来源: Agilent 技术

关于此来源的更多信息请参观 Agilent 技术

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

Last Update: 14. June 2013 06:44

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit