Verwendung der Laserscanning-Mikroskopie zur Bestimmung der Elektromigration in Molybdändisilizid

Der Schwerpunkt meiner Forschung besteht darin, die Elektromigrationsphänomene in Molybdändisilizid zu bestimmen und einen Blick auf die Einflussfaktoren zu werfen, wie z.B. die Länge der zu testenden Leitung und das Verkapselungsmaterial auf die Parameter effektive Ionenladung und Deaktivierungsenergie. Die aktuelle experimentelle Herausforderung besteht darin, diese Methode auf höhere Temperaturen auszuweiten. Im Vergleich zu anderen Techniken verwendet unser Protokoll ein Laser-Scanning-Mikroskop. Bei anderen Techniken wird in der Regel ein Rasterelektronenmikroskop verwendet. Für Messungen mit dem Rasterelektronenmikroskop hat man in der Regel eine Probenvorbereitung, die die gemessene Aktivierungsenergie und die gemessene effektive Ionenladung beeinflussen kann, so dass wir in unserem Fall diese aufwendige Probenvorbereitung nicht benötigen. Das macht es auch schneller. Wir werden uns auf die Untersuchung der effektiven Ionenladung in Molybdändisilizid bei erhöhten Temperaturen konzentrieren, sowie auf die Untersuchung der Aktivierungsenergie von Molybdändisilizid bei erhöhten Temperaturen und von undotiertem Molybdändisilizid, das mit verschiedenen Dotierungsspezies dotiert wurde, sowie auf die Veränderungen von künstlich erzeugten Hohlräumen in verschiedenen Materialien.

[Dozent] Schalten Sie zunächst das Laser-Scanning-Mikroskop ein und öffnen Sie die Mess- und Analysesoftware. Sichern Sie die Probe mit einem geeigneten Probenhalter so, dass sie während des Scannens auf dem Mikroskoptisch fixiert bleibt. Bereiten Sie eine genaue Stromquelle und die erforderlichen Drähte für den elektrischen Anschluss vor und stellen Sie die Höhe des Mikroskoptisches ein. Positionieren Sie nun die Probe im Probenhalter unter dem Laser-Scanning-Mikroskop. Richten Sie die Probe parallel zum Tisch des Mikroskops aus und fixieren Sie sie, um Bewegungen während der Messungen zu verhindern. Verbinden Sie die Steckdose der Stromquelle je nach Konfiguration mit der Probe oder dem Probenhalter. Bestätigen Sie durch optische Prüfung, dass die Bonddrähte noch mit der Probe verbunden sind. Passen Sie den Höhenunterschied zwischen der Objektivlinse und der Probe an, um den interessierenden Bereich mit der Objektivlinse mit der geringsten Vergrößerung in den Fokus zu bringen. Verwenden Sie den manuellen Fokus oder klicken Sie auf Autofokus im Beobachtungsfenster der Messsoftware. Stellen Sie das Objektiv auf eine höhere Vergrößerung um und fokussieren Sie erneut auf den interessierenden Bereich. Setzen Sie diesen Vorgang fort, bis der interessierende Bereich bei der höchsten Vergrößerung, z. B. 150-fach, im Beobachtungsfenster deutlich sichtbar ist. Legen Sie Werkzeuge, Messung und durchschnittliche Anzahl auf vier fest, klicken Sie dann auf Optionen und dann auf Automatisches Speichern, wählen Sie einen gespeicherten Zielordner aus, geben Sie ein Dateinamenpräfix und ein Beispiel ein und klicken Sie auf OK. Öffnen Sie das Messfenster, wählen Sie den Expertenmodus und wählen Sie die Messeinstellungen, gefolgt vom Oberflächenprofil, superfein 2048 x 1536 und hoher Genauigkeit. Um den Abstand zwischen der Objektivlinse und der Probe zu vergrößern, klicken Sie auf die Pfeile nach oben, bis die gesamte Oberfläche im Fenster schwarz angezeigt wird, und klicken Sie dann auf oberen POS festlegen. Verringern Sie anschließend den Abstand mit den Pfeilen nach unten, bis die gesamte Oberfläche sichtbar ist, und fahren Sie fort, bis die Oberfläche wieder schwarz wird, und klicken Sie dann auf Unterer POS einstellen. Klicken Sie auf Automatische Verstärkung und dann auf Messung starten, um mit dem Scannen der Oberfläche zu beginnen. Vergrößern Sie den Abstand zwischen Objektiv und Probe um mehrere Millimeter bis zu einem Zentimeter, indem Sie die Aufwärtspfeile verwenden, um den Laser zu defokussieren, bevor Sie die Probe belasten. Wenden Sie die Stromspannung unter Verwendung der vorgegebenen Bedingungen an, z. B. Stromdichte und Zeit, und stoppen Sie dann den Stromfluss nach der angegebenen Zeit. Fokussieren Sie das Laser-Scanning-Mikroskop drei bis fünf Minuten nach dem Anlegen der Strombelastung auf den interessierenden Bereich, wenn die Probe wieder Raumtemperatur erreicht. Fahren Sie mit der Fokussierung fort, bis die Probe ihren Fokus nicht mehr von selbst verlagert, um sicherzustellen, dass es bei der Oberflächenmessung nicht zu Drifts aufgrund von Temperaturänderungen kommt. Scannen Sie denselben Bereich, der vor der aktuellen Spannung gescannt wurde, mit genau den gleichen Einstellungen wie zuvor. Öffnen Sie die Analysesoftware, klicken Sie auf Datei und öffnen und suchen Sie dann die richtige Datei. Wenn die Datei bereits geöffnet ist, korrigieren Sie die Neigung der Proben, nachdem Sie Prozessabbild und Neigung korrigieren ausgewählt haben, um das Fenster für die Neigungskorrektur zu öffnen. Stellen Sie im Korrekturfenster das Anzeigebild auf Laser plus optisch ein und wählen Sie die Korrekturmethode Ebenenneigung drei Punkte, um drei Punkte auf dem Bild anzuzeigen. Verschieben Sie die Hilfslinie so, dass der größte Teil jeder Linie im Hintergrund liegt, und passen Sie die drei Punkte in der Nähe des interessierenden Bereichs an. Verschieben Sie als Nächstes die drei Punkte so, dass die Ebene, die durch zwei gerade Linien in den Querschnitten dargestellt wird, am Hintergrund ausgerichtet ist. Wählen Sie "Versatzhöhe nicht an Nulldaten anpassen" und "Höhenbereich automatisch anpassen" aus, klicken Sie dann auf "Ausführen" und dann auf "Schließen", um die Korrekturen anzuwenden. Um das Trimmfenster zu öffnen, klicken Sie auf Bild verarbeiten und trimmen. Wählen Sie die Trimmbreite und -höhe entsprechend dem Interessenbereich aus, und passen Sie das Auswahlrechteck so an, dass es den gesamten Interessenbereich umfasst. Speichern Sie das korrigierte und zugeschnittene Bild, klicken Sie auf Datei und suchen Sie die richtige Datei. Um den Interessenbereich unter Beibehaltung der dreidimensionalen Informationen zu exportieren, klicken Sie auf Datei und anschließend auf 3D-CAD-Ausgabedaten, um das Ausgabeparameterfenster zu öffnen. Legen Sie den Sprungbetrag auf eins fest, die Genauigkeit der tatsächlichen Zahlenanzeige auf 10, das XY-Zoomverhältnis auf X1 und die Erhöhung der Höhe auf 100 %, wählen Sie dann Oberfläche und klicken Sie auf Festlegen, um die Einstellungen zu bestätigen. Wählen Sie die Punktgruppendaten aus, um eindeutig beschriftete Daten zu speichern. Nachdem der Export abgeschlossen ist, wird ein Bestätigungsfenster angezeigt. Öffnen Sie die Version der Evaluierungssoftware und der Pakete. Um das Programm zu starten, klicken Sie auf das Pfeilsymbol. Navigieren Sie zu dem Ordner, der die ASC-Dateien enthält, nachdem Sie auf Öffnen geklickt und den entsprechenden Speicherpfad ausgewählt haben. Laden Sie die ASC-Dateien mit dem korrekten Sample-Namen aus der Auswahlliste in das Programm. Vergewissern Sie sich, dass die Option "Bereich" ausgewählt ist, und klicken Sie dann auf "Kreuz" und dann auf "Bereich". Wählen Sie mit der Maus ein Rechteck auf der Substratoberfläche aus, um den Maßstab für die Höhe zu definieren. Untersuchen Sie die beiden Höhenhistogramme vor und nach der aktuellen Spannung, die neben dem Bild des Interessenbereichs positioniert sind, und passen Sie die Auswahl an, um sicherzustellen, dass beide Histogramme normalverteilt und ähnlich angezeigt werden. Klicken Sie nun auf die Nullschaltfläche mit der Bezeichnung Hintergrund, um diese Höhe als Hintergrundebene festzulegen. Wählen Sie ein zweites Rechteck auf einem flachen Abschnitt über der zu testenden Linie. Untersuchen Sie das Histogramm erneut, und passen Sie es so an, dass sie normalverteilt und so ähnlich wie möglich erscheinen. Klicken Sie auf die zu testende Linie und dann auf OK, um diesen Höhenwert zu speichern. Klicken Sie anschließend erneut auf das Pfeilsymbol, um das Programm erneut auszuführen. Zeichnen Sie mit der linken Maustaste ein Rechteck in der Nähe des Randes eines einzelnen Hügels oder einer Lücke in dem Bild mit der Bezeichnung IMG compare. Passen Sie das Rechteck mit dem vergrößerten Bild so an, dass es dem Rand der Struktur entspricht, z. B. das Bild mit der Bezeichnung "Entspannter Zuschnitt". Verfeinern Sie den ausgewählten Bereich so, dass das Rechteck den Hügel oder die Lücke genau umfasst. Klicken Sie abschließend auf die Schaltfläche Speichern neben IMG-Vergleich, um das ganzzahlige Volumen basierend auf der Pixelsumme zu speichern. Hügel, die sich nach der aktuellen Belastung bildeten, wiesen typischerweise Höhen um 190 Nanometer auf, wobei die kleinsten deutlich erkennbaren Hügel bei 34 Nanometern lagen, und laterale Abmessungen von etwa einem Mikrometer. Das elektromigrierte Volumen nahm mit der Länge der zu testenden Linie zu, wie die exponentielle Trendlinie im Diagramm zeigt. Das elektromigrierte Volumen nahm mit höherer Stromdichte zu, und zwei verschiedene Dicken von verkapselndem Hochtemperatur-Siliziumoxid zeigten unterschiedliche Beginnpunkte für die Elektromigration. Bei einer geringeren Stromdichte von 2,56 mal 10 hoch 10 hoch 10 Ampere pro Quadratmeter zeigten die verwertbaren Daten einen zunehmenden Trend des elektromigrierten Volumens mit zunehmender Leitungslänge.