掃描半導體故障分析的微波顯微學

Wenhai 韓

目錄

半導體故障分析
SMM 簡介
半導體的 SMM
實驗
結果
結論
參考
關於 Agilent 技術

半導體故障分析

故障分析是在新產品的發展並且/或者現有的產品的改善的一個重要進程在半導體行業的。 成功的故障分析可能識別一個不合格的設備的起因和引導更正活動。

半導體故障分析經常介入一定數量不同的技術,例如曲線作圖、掃描電子顯微鏡術、透射電鏡術、 microthermography 和集中的離子束分析。 在基本強制顯微學基礎上的幾個技術 (AFM),例如掃描電容顯微學,導電性 AFM 和掃描擴展電阻顯微學,為對多種不合格的設備也使用 [1 的] 分析。

在此條款上,半導體使用 Agilent 技術』最近被開發的瀏覽的微波顯微學 [2-5 的 (SMM)] 故障分析被展示。

SMM 簡介

掃描微波顯微學結合一個基本強制顯微鏡提供的高空間分辨率 (AFM)以向量網絡分析儀的高區分電評定功能 (VNA)。 在 SMM [2],從 VNA 生成的事件微波信號穿過在 AFM 的一個被符合的諧振電路并且到達導電性探測的末端,是與表面聯繫。 從聯繫人地點的被反射的微波由探測感覺并且返回到 VNA。

由評定複雜反射系數或者 S11 參數,電容/阻抗在聯繫人地點從 VNA 獲得。 實際上,被映射的信號是反射系數高度的對數,被標記作為 VNA 高度和 VNA 階段。 在適當的定標以後,聯絡電容/阻抗可以從 VNA 高度和階段值派生。 在 SMM 的簡介之前,仅定性評定為此種故障分析工作使用了。

Agilent 獨有的 SMM 研究所有主要半導體類型: Si、 Ge、 III-V (即, GaAs, InAs, GaN) 和 II-VI (即, CdTe, ZnSe)。 不同於掃描探測電容技術, SMM 不要求一塊氧化物層。 它也是各種各樣的生物和材料學應用的一個雄偉選擇,包括界面的屬性和對比的描述特性從分子振動模式。 除其能力在半導體,玻璃、聚合物、陶瓷和金屬從事之外,這個技術讓 Agilent AFM 用戶進行鐵電,電介質和 PZT 材料的高區分調查。 有機影片、膜、生物範例和離子通道的研究可能也受益於使用 SMM。

半導體的 SMM

當金屬探測是與硅表面聯繫時,它形成金屬氧化物半導體電容器 - 在半導體物理學習的好 [6]。 在一個簡化的一維設計,總電容來自在序列連接的二臺電容器的攤繳: 與在底下固定的電容的表面氧化物電介質層和在硅體的耗盡層與可變的電容。

取盡深度取決於耗盡層的電容差異以回應應用的 ac 偏心的,反過來受在這個基體的摻質濃度的主要影響。 所以,通過評定電容请更改導致由應用的 ac 偏心,或者 dC/dV,在每個聯繫人地點的摻質濃度可以被映射。 所有故障由於異常摻質濃度可能從 dC/dV 圖像然後被識別,同時與從 VNA 高度信號計量的電容圖像。

實驗

被測試的這個範例是一個 depackaged 250nm 靜態隨機存取存儲器 (SRAM)籌碼。 一次標準 SRAM 部件位單元包含六個場效應晶體管 (FETs): 在一口 n 被摻雜的井的二個 p 型的 FETs 和在鄰居 p 井的四個 n 型的 FETs。 在千位在這個籌碼的位單元中,找到一個人不合格。 在不合格的位裡面,一個 n 型的 FET 被評定了有異常閾值電壓 Vt。 如圖 1. 所顯示,它是在該行的第 48 個 n 型的 FET。

圖 1. 光學圖像被測試的 SRAM 籌碼的一個小的部分。 不合格的位包含 n 型的 FET (第 48 在該行) 有異常 Vt 的。

掃描微波顯微學然後使用為查找晶體管 (即,與那些其他有所不同的屬性,正常晶體管) 的所有異常的屬性。 使用了純 Pt 金屬探測和導電性上漆的硅探測兩個。 Pt 金屬探測長期是 300 到 400 ìm 和在鋁基體掛接的做固定的白金。 其彈簧常數估計作為是從 0.3 到 0.8 nN/nm; 其技巧麴率半徑是大約 10 到 20 毫微米。 硅探測是 125 ìm 長和上漆與 20nm 鈦和 10nm Pt。 其名義上的彈簧常數是 5 个 nN/nm,并且它有一條技巧半徑大約 40 毫微米。

掃描在四周條件下在聯繫模式下被執行了。 所選的微波運算頻率在 2 和 5 GHz 之間。 低頻率模塊化是大約 80 kHz。 掃瞄速率典型地是從 0.5 到 1 線路/秒數。 探測的兩個類型顯示了在 SRAM 籌碼的一致的 SMM 結果。

結果

準確地確定一個滿足的詳細程度的所有可能的問題,每二個對在行的 FETs 和不合格的 FET 一樣從第 43/第 44 個瀏覽,對通過第 51/第 52 個對,如圖所顯示 2. 總共四套圖像 (A, B, C, D) 在同樣條件下獲取了。 每集包含了地勢 (頂層), dC/dV (中間) 和 VNA 高度 (底部) 圖像,同時得到。 用於示例的目的,在行的偶數 n 型的 FETs 和不合格的 FET 一樣概述與在所有圖像的正方形。

圖 2。 四集 (A, B, C, D) 掃描微波在不合格的 SRAM 籌碼的顯微學圖像。 每集包含地勢 (頂層), dC/dV (中間) 和 VNA 高度 (底部) 圖像,同時獲取。 紅場概述不合格的第 48 個 n 型的 FET; 藍色正方形是在同一行的正常 n 型的 FETs。

第 48 個 n 型的 FET 的地勢圖像,概述由紅場在表 2 个 B1 和 C1,沒有看上去有任何結構區別與其他,正常 n 型的 FETs (藍色正方形以及未玷汙部分比較總計地勢圖像)。 他們也非常類似於在其他 SRAM 範例看見的那些 [2, 4]。

在 dC/dV 圖像,然而,這個區別是相當顯而易見的。 每個正常 n 型的 FET (藍色正方形) 在這個中心附近一貫地顯示了一黑暗的區。 在 dC/dV 圖像的黑暗的 (低值) 表示很好通道的 p 型的摻雜物。 第 48 個 n 型的 FET,另一方面,是完全地平面的沒有任何對比,如紅場所顯示圖 2 个 B2 和 C2。

在第 48 個 n 型的 FET 的缺少 p 摻雜物信號明顯地指示摻雜物結構的變化在晶體管的通道區上。 第 48 個 n 型的 FET 的 VNA 高度圖像,如果認真地檢查在表,也顯示的 2 个 B3 和 C3 一些另外結構與其他,正常 n 型的 FETs 比較了。 這指示一個不同的電容/阻抗值。

結論

掃描半導體故障分析的微波顯微學的實用程序被展示了。 從在 SRAM 籌碼的 dC/dV 信號計量的摻質濃度的圖像明顯地識別在與其他有所不同的一個不合格的 n- 類型 FET,正常 n 型的 FETs 的一個異常的摻雜物結構。 從 VNA 高度計量的電容圖像在晶體管也顯示了一個不同的對比。

此實驗向顯示瀏覽的微波顯微學可以是為探查各種各樣的停電的一個方便直接想像工具在從表面地勢結構不是可視的半導體設備在這個測微表對毫微米縮放比例。

參考

[1] 例如, P. Tangyunyong 和 C.Y. Nakakura, J. Vac. Sci。 Technol。 21日 1539 (2003); T. 鉗子和 A. 埃里克森、 ISTFA 2004年,國際專題討論會測試的和故障分析, 42 (2004)。

[2] Wenhai 韓, Agilent 應用註解 5989-8881EN, 2008年。

[3] F. 邁克爾 Serry, Agilent 應用註解 5989-8818EN, 2008年。

[4] Wenhai 韓和哈桑 Tanbakuchi, ISPM 08,國際掃描探測顯微學會議,西雅圖, 2008年 6月。

[5] Wenhai 韓, Photonics 光譜, P. 5月 2008年, 58。

[6] E.H. Nicollian 和 J.R. Brews, MOS (金屬氧化物半導體) Physics 和 Technology,威里,紐約, 1982年。

關於 Agilent 技術

Agilent 技術納米技術儀器讓您圖像,操作,并且分析基本各種各樣的 nanoscale 工作情況電子,化工,生物,分子和。 我們的納米技術儀器、輔助部件、軟件、服務和可消耗的生長收藏可能顯示您需要瞭解 nanoscale 世界的線索。

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來源: Agilent 技術

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

Last Update: 14. June 2013 06:47

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