Name: Verwendung der Laserscanning-Mikroskopie zur Bestimmung der Elektromigration in Molybdändisilizid (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-05-23T14:10:00.000+00:00
Duration: 9 min 41 s
Description: Erfahren Sie, wie Laserscanning-Mikroskopie zur Bestimmung der Elektromigration in Molybdändisilizid eingesetzt wird. Diese Methode ermöglicht schnelle Messungen ohne aufwendige Probenpräparation bei erhöhten Temperaturen.

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<ol><li>Somaiah, N., Kumar, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inverse+blech+length+phenomenon+in+thin-film+stripes%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Appl%22%5BJournal%5D)">Inverse blech length phenomenon in thin-film stripes.</a> Phys Rev Appl. 10 (5), 054052(2018).</li>
<li>Huynh, Q. T., Liu, C. Y., Chen, C., Tu, K. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromigration+in+eutectic+SnPb+solder+lines%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Electromigration in eutectic SnPb solder lines.</a> J Appl Phys. 89 (8), 4332-4335 (2001).</li>
<li>Lee, T. Y., Tu, K. N., Kuo, S. M., Frear, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromigration+of+eutectic+SnPb+solder+interconnects+for+flip+chip+technology%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Electromigration of eutectic SnPb solder interconnects for flip chip technology.</a> J Appl Phys. 89 (6), 3189-3193 (2001).</li>
<li>Lee, T. Y., Tu, K. N., Frear, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromigration+of+eutectic+SnPb+and+SnAg3.8Cu0.7+flip+chip+solder+bumps+and+under-bump+metallization%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Electromigration of eutectic SnPb and SnAg3.8Cu0.7 flip chip solder bumps and under-bump metallization.</a> J Appl Phys. 90 (9), 4502-4508 (2001).</li>
<li>Ho, C. E., Hsieh, W. Z., Yang, C. H., Lee, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+study+of+electromigration+in+Sn+blech+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Surf+Sci%22%5BJournal%5D)">Real-time study of electromigration in Sn blech structure.</a> Appl Surf Sci. 388, 339-344 (2016).</li>
<li>Chang, Y. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+electromigration-induced+formation+of+discrete+voids+in+flipchip+solder+joints+by+in-situ+3D+laminography+observation+and+finite+element+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Mater%22%5BJournal%5D)">Study of electromigration-induced formation of discrete voids in flipchip solder joints by in-situ 3D laminography observation and finite element modeling.</a> Acta Mater. 117, 100-110 (2016).</li>
<li>Besser, P. R., Madden, M. C., Flinn, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+scanning+electron+microscopy+observation+of+the+dynamic+behavior+of+electromigration+voids+in+passivated+aluminum+lines%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">In situ scanning electron microscopy observation of the dynamic behavior of electromigration voids in passivated aluminum lines.</a> J Appl Phys. 72 (8), 3792-3797 (1992).</li>
<li>Doan, J. C., Lee, S. -H., Bravman, J. C., Flinn, P. A., Marieb, T. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Void+nucleation+on+intentionally+added+defects+in+Al+interconnects%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Void nucleation on intentionally added defects in Al interconnects.</a> Appl Phys Lett. 75 (5), 633-635 (1999).</li>
<li>Kelly, M. B., Niverty, S., Chawla, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromigration+in+bi-crystal+pure+Sn+solder+joints%3A+elucidating+the+role+of+grain+orientation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Alloys+Compd%22%5BJournal%5D)">Electromigration in bi-crystal pure Sn solder joints: elucidating the role of grain orientation.</a> J Alloys Compd. 818, 152918(2020).</li>
<li>Influences of the microstructure on the drift velocity of electromigrating aluminum through molybdenum disilicide thin films. Schädel, M., Baldauf, J. SMSI 2021 Conference - Sensor and Measurement Science International, , (2021).</li>
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<li>Scorzoni, A., Neri, B., Caprile, C., Fantini, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromigration+in+thin-film+interconnection+lines%3A+models%2C+methods+and+results%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Electromigration in thin-film interconnection lines: models, methods and results.</a> Mater Sci Rep. 7 (4-5), 143-220 (1991).</li>
<li>Verma, S. K., Raynaud, G. M., Rapp, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hot-stage+scanning+electron+microscope+for+high-temperature+in-situ+oxidation+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Oxid+Met%22%5BJournal%5D)">Hot-stage scanning electron microscope for high-temperature in-situ oxidation studies.</a> Oxid Met. 15 (5/6), 471-483 (1981).</li>
<li>Heard, R., Huber, J. E., Siviour, C., Edwards, G., WilliamsonBrown, E., Dragnevski, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+investigation+into+experimental+in+situ+scanning+electron+microscope+%28SEM%29+imaging+at+high+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Sci+Instrum%22%5BJournal%5D)">An investigation into experimental in situ scanning electron microscope (SEM) imaging at high temperature.</a> Rev Sci Instrum. 91 (6), 063702-063814 (2020).</li>
</ol>

Elektromigration ist die Migration von Metallionen, die durch Strom verursacht wird. Bei der Elektromigration wirkt eine Kraft <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq01.jpg" style="margin: auto;"> auf das Metallion.
Die Kraft, <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq01.jpg" style="margin: auto;"> die auf ein Ion in einer zu prüfenden leitenden Leitung ohne Verkapselungsschicht wirkt, kann wie folgt berechnet werden:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq02.jpg" style="margin: auto;"> 
Dabei ist Z* die effektive Ionenladung für das sich bewegende Ion, die Ladung eines Elektrons und <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq03.jpg" style="margin: auto;"> das elektrische Feld1. Für einen Metallleiter <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq04.jpg" style="margin: auto;"> mit dem spezifischen spezifischen Widerstand ρ und der Stromdichte <img alt="Equation 18" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq19.jpg" style="margin: auto;">.
Z* hängt von der Ionenspezies und dem Material der zu testenden Leitung ab. Sein Wert gibt die Stärke der Elektromigration an, und sein Vorzeichen gibt die Richtung der Bewegung des betreffenden Ions an.
Diese Kraft bewirkt, dass sich die Atome bewegen und in der Metalllinie transportiert werden. Unter Verwendung der Beziehung zwischen der Ionengeschwindigkeit <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq05.jpg" style="margin: auto;"> und der treibenden Kraft <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq06.jpg" style="margin: auto;"> und der Nernst-Einstein-Beziehung für die Beweglichkeit der Ionen <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq07.jpg" style="margin: auto;"> kann der atomare Fluss (Anzahl der Atome pro Zeiteinheit pro Flächeneinheit, die durch Elektromigration transportiert werden) <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq08.jpg" style="margin: auto;"> wie folgt berechnet werden:
<img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq09.jpg" style="margin: auto;"> 
Dabei ist N die Dichte der Gitteratome, der Diffusionskoeffizient D, k die Boltzmann-Konstante und T die absolute Temperatur2.
Das elektromigrierte Volumenkann wie folgt beschrieben werden:
V = ΩJEMBei
Dabei ist A die Querschnittsfläche des Leiters, Ω das Atomvolumen und t die Zeit der Elektromigration.
Bei gekapselten Leitungen, die getestet werden, ist eine zusätzliche Komponente in Abhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung zu berücksichtigen:
<img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq10.jpg" style="margin: auto;"> 
Dabei ist σxx die Normalspannung entlang der Länge der Probe und x die Koordinate entlang der Länge der zu prüfenden Linie1. Wie in anderen Publikationen gezeigt wurde, ergibtsich daraus 5:
<img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq11.jpg" style="margin: auto;"> 
Die Elektromigration, die Spannungen erzeugt, ist ein bekanntes Phänomen in den zu testenden Festkörperleitungen.
Wenn <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq01.jpg" style="margin: auto;"> = 0, dann ist der Stofftransport <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq08.jpg" style="margin: auto;"> = 0 (und V = 0), das kritische Produkt aus Länge l und Stromdichte für den Beginn der Elektromigration kann mit den Materialparametern wie folgt in Beziehung gesetzt werden1:
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq12.jpg" style="margin: auto;"> 
Dieses kritische Produkt ist von großer Bedeutung für die Konstruktion von elektrischen Bauteilen oder Schaltungen, da Leitungen mit kürzeren Längen als der kritischen Länge, auch Blechlänge genannt, unsterblich sind. Im untenstehenden Protokoll ist die Bestimmung von (Ij)c dargestellt. Sind die anderen Parameter bekannt, kann Z* als wichtige Materialmenge berechnet werden.
Bisher veröffentlichte Methoden zur Messung des elektromigrierten Volumens verwenden REM, Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) oder Röntgenmikrotomographie (X)3,4,6,7,8,9.
Die Verwendung dieser Instrumente erfordert eine schonende Vorbereitung der Proben, wie z. B. das Aufbringen einer zusätzlichen dünnen Metallschicht auf Oberflächen mit hohem spezifischen Widerstand, um die Ansammlung von Ladungen auf der Oberfläche während der Elektronenstrahlabtastung zu reduzieren.
Die zusätzliche Schicht auf der Oberfläche kann Probleme verursachen, wie z.B. die Änderung des Elektromigrationsverhaltens durch Modifikation der mechanischen Spannung an der Grenzfläche. Ladungsakkumulation hingegen kann während eines Scans zu einer virtuellen Drift der Probe führen, wodurch die Daten unbrauchbar werden.
Auch der Betrieb von REM und TEM ist zeit- und kostenintensiver als der Einsatz eines Laser-Scanning-Mikroskops. Der Einsatz des Laser-Scanning-Mikroskops ermöglicht die Untersuchung der Prüflinien bei höheren Temperaturen. Für REM gibt es auch einige Heizstufen, die nicht für alle REM ohne weiteres verfügbar sind, teuer sind und oft nach Maß gefertigt werden.
Bei einem Laser-Scanning-Mikroskop kann die Messunsicherheit der Volumina im gleichen Bereich wie bei REM liegen, vorausgesetzt, es wird eine entsprechende Ausrüstung verwendet und die Messbedingungen penibel geprüft.
Während des Scans der Oberfläche werden für jeden Punkt mehrere Werte gemessen, was zu einer hohen Auflösung führt. Aufgrund des Scanning-Prinzips des Laser-Scanning-Mikroskops ist die Grenze des Verfahrens nicht gleich der Beugungsgrenze. Dies ermöglicht die Messung von Strukturen mit einer lateralen Größe von ca. 120 nm.
Im Vergleich zu REM-Messungen kann die Höhe von Strukturen einfacher und präziser mit viel weniger Aufwand gemessen werden. Bei der Bestimmung der Höhe mit einem REM kann die Höhe mehrerer Schnittpunkte gemessen werden, nachdem diese mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) präpariert wurden. Das FIB kann in der Umgebung Abrieb verursachen. Aufgrund dieser Präparate kann es vorkommen, dass das Volumen eines Hohlraums oder Hügels durch die REM-Messungen nicht ausreichend dargestellt wird, was dazu führt, dass Volumenmessungen beider Verfahren eine ähnliche Genauigkeit aufweisen.
Durch den Betrieb unter Umgebungsluftbedingungen ist es möglich, schneller, kostengünstiger und vielseitiger zu arbeiten als der Einsatz von REM oder einem TEM.
Die hier beschriebene Methode kann angewendet werden, wenn die Oxidation des Materials während der Messung vermieden werden kann. Bei erhöhten Temperaturen kann es aufgrund der Selbsterhitzung der zu prüfenden Leitungen zu einer Oxidation kommen. Andernfalls wird empfohlen, bei Verwendung eines REM oder Scannen der zu prüfenden Linie zuerst die Geometrie des interessierenden Bereichs, dann das Anlegen von Elektromigrationsspannung in einer evakuierten Kammer und schließlich das zweite Scannen der Geometrie des zu prüfenden Bereichs zu verwenden.
Wenn die Probe zum Belasten in einer anderen Umgebung bewegt wird, muss darauf geachtet werden, dass die Probe vor und nach der Belastung in die gleiche Richtung ausgerichtet wird. Durch das Ausrichten ist es nicht mehr erforderlich, die gescannten Bilder für das Drehen zu korrigieren. Dies führt in der Regel zu genaueren Ergebnissen als die Korrektur des Abbiegens durch Software.
Bei dieser Methode werden präparierte Proben verwendet und es werden die ersten Laserscans durchgeführt, die Proben unter vorgegebenen Bedingungen gestresst und zweite Laserscans derselben Regionen durchgeführt. Aus diesen Scans werden die elektromigrierten Volumina mehrerer Proben durch Subtraktion der beiden Laserscans bestimmt. Anhand der Volumendaten mehrerer Proben wird das Abfangen der Best-Fit-Linie für unterschiedliche Längen bestimmt. Dieser Schnittpunkt ist die Blechlänge unter den im Experiment verwendeten Bedingungen. Die Methode hat Vorteile bei der Untersuchung eines elektrisch leitfähigen Materials mit einem hohen spezifischen Widerstand oder eines Materials, das durch die für die anderen Methoden erforderliche Probenvorbereitung negativ beeinflusst wird.
Die Geometrien der zu prüfenden Leitungen für Elektromigrationsprüfungen variieren je nach verwendeter Messtechnik stark. Der Einsatz eines Laser-Scanning-Mikroskops ist nicht auf einzelne Prüflinge mit Breiten von mehreren μm10 beschränkt, sondern kann für alle Strukturen eingesetzt werden, in denen Volumenänderungen durch Elektromigration untersucht werden, wie z.B. Blech-Strukturen.

<table><tbody><tr><td>Stromquelle/2602B Systemquellenmessgerät</td><td>Keithley</td><td>2602B</td><td>Jede Art von Stromquelle kann verwendet werden.</td></tr><tr><td>JKI VI Package Manager</td><td>NI</td><td>781838-35</td><td>https://www.ni.com/de-de/shop/product/jki-vi-package-manager.html? srsltid=AfmBOorzYPY4B8 hlGIUIYl3PJoBwb8o8PeV MsBfM9YcFasnBIhEWwBpd</td></tr><tr><td>Labview 2024 Q1 Full</td><td>NI</td><td>784522-35</td><td>Option für Evaluierungssoftware (https://www.ni.com/de-de/shop/product/labview.html?partNumber=784522-35)</td></tr><tr><td>Labview 2024 Q1 Pro</td><td>NI</td><td>784584-35</td><td>Option für die Evaluierungssoftware (https://www.ni.com/de-de/shop/product/labview.html?partNumber=784522-35)</td></tr><tr><td>Laserscanning-Mikrofonoskop VK-X200 Serie</td><td>Keyence</td><td></td><td>VK-X200 nicht mehr erhältlich. Verfügbare Option VK-X3100. Laser-Scanning-Mikroskop mit einer Wellenlänge von 408 nm.</td></tr><tr><td>NI Vision Development Module</td><td>NI</td><td>788427-35</td><td>https://www.ni.com/de-de/shop/product/vision-development-module.html?srsltid=AfmBOoq2S8kYVmV1CK6 xSovMHTELtQHE2neD oM2RrEnibd2AuyzkWvuS</td></tr><tr><td>Objektiv, CF Plan Apo 150x/ 0,95; &infin;/0 EPI; OFN25 WD 0.2</td><td>Nikon</td><td>BZ10123016</td><td>https://spwindustrial.com/nikon-cf-plan-apo-150x-0-95-0-wd-0-2mm-epi-objective/</td></tr> <tr><td>VK Analyse-Modul Version 3.3.0.0</td><td>Keyence</td><td></td><td>Analytics Software, die vom Laser-Scanning-Mikroskop unterstützt wird. Nicht mehr käuflich zu erwerben. Das neue Laser-Scanning-Mikroskop verwendet eine neuere Software.</td></tr><tr><td>VK Viewer Version 2.2.0.0</td><td>Keyence</td><td></td><td>Measurement Software, die vom Laser-Scanning-Mikroskop unterstützt wird. Nicht mehr käuflich zu erwerben. Das neue Laser-Scanning-Mikroskop verwendet eine neuere Software.</td></tr></tbody></table>

verwendung der laserscanning-mikroskopie zur bestimmung der elektromigration in molybdändisilizid

Using Laser Scanning Microscopy to Determine Electromigration in Molybdenum Disilicide

Abbildung 1 zeigt das Schema einer Teststrukturgeometrie, und Abbildung 2 zeigt das Schema des Arbeitsablaufs der Messungen, die erforderlich sind, um einen Datenpunkt zu erhalten. Um den Einfluss der Länge und des Vorhandenseins und des numerischen Wertes der Länge der zu prüfenden Leitung zu untersuchen, der für den Beginn der Elektromigration erforderlich ist, wurde das oben genannte Protokoll verwendet, um Daten für mehrere Prüflinge mit unterschiedlichen Längen (z. B. 120 μm, 540 μm und 680 μm) zu gewinnen, die aus Molybdändisilizid bestehen und von einer Schicht aus Hochtemperatur-Siliziumoxid verkapselt sind. Alle zu prüfenden Leitungen wurden auf die gleiche Weise hergestellt und für die gleiche Zeit von 7 min unter Umgebungsluftbedingungen bei Raumtemperatur (23 °C) mit einem konstanten Strom belastet, ohne dass sich die zu prüfende Leitung während der Belastung verengte, was zu einer konstanten Stromdichte von 2,26 × 1010 A/m2, 3,25 × 1010 A/m2 oder 3,44 × 1010 A/m2 führte.
In den verwendeten Versuchsstrukturen (verkapselte MoSi2-Leitungen ) zeigte sich lediglich der Kontaktbereich von MoSi2 zu Aluminium Volumenveränderungen. Frühere Experimente zeigten keinerlei Vorsprünge durch die Verkapselung.
Die lateralen Größen aller mit dieser Methode untersuchten Hügel lagen über der Größe von 200 nm und damit deutlich über der lateralen Auflösung des Laser-Scanning-Mikroskops.
V = const.lwh
Die maximale Unsicherheit des gemessenen Volumens kann über das Kovarianzausbreitungsgesetz abgeschätzt werden.
<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq13.jpg" style="margin: auto;">
Dabei steht l für die Länge, w für die Breite und h für die Höhe. Mit den Messunsicherheiten der einzelnen Dimensionen Δl = 50 nm, Δw = 50 nm und Δh = 12 nm. Die Unsicherheiten der Länge und der Breite werden als Abmessungen von einem Pixel angenommen. Die Unsicherheit der Höhe von Δh = 12 nm wurde mittels REM auf dem kleinsten mit dem Laser-Scanning-Mikroskop detektierbaren Hügel gemessen und entspricht der vom Hersteller angegebenen Unsicherheit.
Die Höhe der Hügel (wie in Abbildung 3 gezeigt) liegt in der Regel im Bereich von 190 nm. Die kleinsten richtig detektierbaren Hügel haben Höhen im Bereich von 34 nm. Die Längen und Breiten liegen bei den meisten Hügeln in der Regel im Bereich von 1 μm, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Dies führt dazu, dass die Unsicherheit für einen einzelnen Hügel mit einer typischen Hügelgröße
<img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq14.jpg" style="margin: auto;">= 16 %
und dass ein kleiner Hügel
<img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq15.jpg" style="margin: auto;">= 45 %.
Mit der in diesem Protokoll gezeigten Methode wird das Volumen für mehrere Hügel summiert. Typische Werte für die Anzahl der in einer Stichprobe summierten Hügel liegen bei etwa 9, wie in Abbildung 3 gezeigt.
Dies führt dazu, dass die Unsicherheit wie folgt ist:
<img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq16.jpg" style="margin: auto;">
Wenn in der Stichprobe nur mittelgroße Hügel vorhanden sind
und
<img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/68158/68158eq17.jpg" style="margin: auto;">
wenn alle in der Probe vorhandenen Hügel extrem klein sind.
In Wirklichkeit sind kleine und typischerweise große Hügel in den Proben vorhanden, und die Anzahl der Hügel variiert leicht zwischen den Proben, was dazu führt, dass die Unsicherheit zwischen 5 % und 15 % liegt, abhängig von der genauen Größe und Anzahl der Hügel.
Wie aus den repräsentativen Ergebnissen dieser Arbeit ersichtlich ist, steigt der Wert des elektromigrierten Volumens mit zunehmender Länge der zu prüfenden Leitung. Das elektromigrierte Volumen erhöht sich auch, wenn stärkere Beanspruchungsbedingungen, z.B. höhere Werte der Stromdichte, verwendet werden.
Wenn alle Volumendaten unabhängig von der Länge der zu prüfenden Leitung Null sind, sind stärkere Belastungsbedingungen (z. B. höhere Temperaturen, längere Belastungszeit, höhere Stromdichten oder eine Kombination davon) erforderlich, um die Elektromigration zu beginnen. In weiteren Versuchen sollen stärkere Belastungsbedingungen verwendet werden.
Abbildung 3 zeigt einen interessierenden Bereich vor der aktuellen Spannung auf der linken Seite und nach der aktuellen Spannung in der Mitte. Die rechte Seite von Abbildung 3 zeigt die Hügel nach der aktuellen Belastung. Abbildung 3 zeigt, dass sich neue Hügel gebildet haben und das Wachstum von Vorsprüngen bereits vor der aktuellen Belastung vorhanden war.
Abbildung 4 zeigt die erfolgreichen Ergebnisse der Zunahme des elektromigrierten Volumens mit zunehmender Länge, einschließlich einer exponentiellen Linie der besten Anpassung, einschließlich aller Datenpunkte. Abbildung 4 zeigt auch die Ergebnisse für kürzere Längen, die verwendet werden, um den Schnittpunkt der linearen Linie mit der besten Anpassung an die x-Achse zu bestimmen.
Abbildung 5 zeigt erfolgreiche Daten des elektromigrierten Volumens, das mit zunehmender Stromdichte zunahm, wobei die Länge konstant bei 120 μm gehalten wurde und die Stromdichte in dem Bereich variierte, in dem der Beginn der Elektromigration in früheren Experimenten beobachtet wurde. Abbildung 5 zeigt auch den Einfluss des verkapselnden Hochtemperatur-Siliziumoxids. Aus zwei unterschiedlichen Dicken von Hochtemperatur-Siliziumoxid (gefüllte Kreise: 60 nm, ungefüllte Kreise: 20 nm) ergeben sich zwei unterschiedliche Werte für den Beginn der Elektromigration in Bezug auf die Stromdichte. Dies wird durch die mechanische Beanspruchung der Verkapselungsschichten verursacht.
Abbildung 6 zeigt Daten, die für eine erste Schätzung der Elektromigrationsparameter im Material verwendet werden könnten. Um bessere Ergebnisse zu erzielen, sollten mehr Daten mit Längen im Bereich von 150 μm bis 500 μm erfasst werden.
Abbildung 7 zeigt suboptimale Daten, die die Prüfung von Prüflingen mit Längen zwischen 120 μm und 260 μm erfordern würden, da es Längen über 120 μm geben könnte, die auch ein elektromigriertes Volumen von 0 haben. Wenn es zu einer Abnahme des Volumens mit zunehmender Länge der Teststruktur kommt, sind einige der Daten falsch. Höchstwahrscheinlich aufgrund von Fehlern bei der Bewertung des Volumens, wie z.B. Fehler bei der Bestimmung der Höhenskala oder Fehler bei der Suche nach dem Rand der Hügel. Ist dies der Fall, kann ein erneuter Blick auf die Bewertung des jeweiligen Bildes und eine erneute Bewertung genutzt werden, um dem Sachverhalt auf den Grund zu gehen.
Falsche Daten können auch daran liegen, dass die Teststruktur für den zweiten Scan nicht auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Das erneute Scannen desselben Bereichs und die Verwendung des neuen Scans für die Auswertung ist die einzige Möglichkeit, das Problem zu beheben. Wenn dieses Problem nach einer erneuten Auswertung und Wiederholung des Scans weiterhin besteht, wird es wahrscheinlich nicht durch einen Fehler bei der Auswertung verursacht, sondern kann eine echte Auswirkung des verwendeten Materials sein.
Bei Längen, die etwas über der kritischen Länge liegen, kann die Linie der besten Anpassung durch eine gerade Linie angenähert werden. Wenn die Länge der zu testenden Linien länger wird, wird die exponentielle Natur der Linie der besten Anpassung sichtbar.
Der Abfangpunkt mit der x-Achse wurde für die Spannung mit einer Stromdichte von 3,25 ×10 10 A/m2 auf 33,33 μm bestimmt, was zu (Ij)c = 1,08 × 106 A/m ergibt.
Aus den Daten in Abbildung 5 wurde der Abfangvorgang auf 3,49 ×10 10 A/m 2 und 3,6 × 1010 A/m 2 bestimmt. Bei einer Länge der zu prüfenden Leitung von 120 μm ergeben sich Werte von 4,19 × 106 A/m und 4,2 × 1010 A/m.
Die Diskrepanz des gemessenen kritischen Produkts entsteht durch eine erhöhte Eigenerwärmung der zu prüfenden Leitungen mit zunehmender Stromdichte. Die Temperatur der zu prüfenden Leitungen steigt typischerweise mit zunehmender Stromdichte an. Die Temperaturen von Prüflingen mit einer Länge von 120 μm, die 7 min lang belastet wurden, wurden durch Messung des elektrischen Widerstands für Stromdichten von 2,65 ×10 10 A/m2, 3,24 × 1010 A/m2, 3,53 × 1010 A/m2 und 3,85 × 1010 A/m2 auf 158 °C bestimmt, 202 °C, 257 °C bzw. 320 °C. Eine Abhängigkeit des kritischen Produkts von der Temperatur und anderen Faktoren wurde vor11 gezeigt.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68158/68158fig01.jpg"> 
Abbildung 1: Schematische Darstellung einer Prüfstrukturgeometrie, die für die Untersuchung von Elektromigrationsparametern mittels Laser-Scanning-Mikroskop geeignet ist. Die goldene Box ist der Prüfling (in dieser Arbeit aus MoSi2), die silbernen Boxen sind die elektrischen Netzteile (in dieser Arbeit aus Aluminium) und die Kontaktpads sind als Stapel der Silberboxen im Bereich der Bonddrähte (dunkelgrau) dargestellt. Die Stapel deuten darauf hin, dass die Kontaktpads eine höhere Schichtdicke aufweisen als die elektrischen Versorgungen. Die kleinen silbernen Kästchen auf beiden Seiten der zu prüfenden Leitung sind die elektrischen Kontaktbereiche der elektrischen Versorgung und der zu prüfenden Leitung. Der dunkle Rand soll symbolisieren, dass dieser Bereich eine niedrigere Erhebung hat, da die Einkapselungsschicht an dieser Stelle geöffnet wird, um den elektrischen Kontakt zu ermöglichen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68158/68158fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68158/68158fig02.jpg"> 
Abbildung 2: Schematische Darstellung des Ablaufs der Messungen, die erforderlich sind, um einen Datenpunkt zu erhalten. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68158/68158fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68158/68158fig03.jpg"> 
Abbildung 3: Vergleich der interessierenden Region vor und nach der aktuellen Belastung. Vergleich des interessierenden Bereichs (in dieser Arbeit der elektrische Kontakt von Aluminium mit der zu prüfenden Leitung) vor der Strombeanspruchung (linke Seite) und nach der Strombeanspruchung (Mitte) mit den durch Elektromigration verursachten Hügeln auf der rechten Seite. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68158/68158fig03large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68158/68158fig04.jpg"> 
Abbildung 4: Erfolgreiche Ergebnisse des elektromigrierten Volumens von Kontaktbereichen der Kathodenseite in Abhängigkeit von der Länge der zu testenden Leitung für MoSi2-Leitungen . Repräsentative Daten (erfolgreiche Ergebnisse) des elektromigrierten Volumens von Kontaktbereichen der Kathodenseite in Abhängigkeit von der Länge der zu testenden Leitung für MoSi2-Leitungen , die mit 60 nm Hochtemperatur-Siliziumoxid verkapselt sind, Belastung unter Umgebungsluftbedingungen für 7 min mit einer Stromdichte von 3,25 × 1010 A/m2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68158/68158fig04large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68158/68158fig05.jpg"> 
Abbildung 5: Erfolgreiche Ergebnisse des elektromigrierten Volumens von Kontaktbereichen der Kathodenseite in Abhängigkeit von der Stromdichte für verkapselte Prüflinge aus MoSi2. Repräsentative Daten (erfolgreiche Ergebnisse) des elektromigrierten Volumens von Kontaktbereichen der Kathodenseite in Abhängigkeit von der Stromdichte für gekapselte Prüflinge aus MoSi2 bei Belastung bei Umgebungsluftbedingungen für 7 min. Gefüllte Kreise zeigen die Daten von MoSi2-Leitungen , die mit 60 nm Hochtemperatur-Siliziumoxid verkapselt sind. Ungefüllte Kreise zeigen die Daten von MoSi2-Leitungen , die mit 20 nm Hochtemperatur-Siliziumoxid verkapselt sind. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68158/68158fig05large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68158/68158fig06.jpg"> 
Abbildung 6: Valide Daten. Repräsentative Daten (die Daten sind in Ordnung) des elektromigrierten Volumens der Kontaktbereiche der Kathodenseite in Abhängigkeit von der Länge der zu prüfenden Leitung für MoSi2-Leitungen , die mit 60 nm Hochtemperatur-Siliziumoxid verkapselt sind, Belastung unter Umgebungsluftbedingungen für 7 min mit einer Stromdichte von 2,56 × 1010 A/m2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68158/68158fig06large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68158/68158fig07.jpg"> 
Abbildung 7: Suboptimale Daten. Repräsentative Daten (suboptimale Daten) des elektromigrierten Volumens der Kontaktbereiche der Kathodenseite in Abhängigkeit von der Länge der zu testenden Leitung für MoSi2-Leitungen , die mit 20 nm Hochtemperatur-Siliziumoxid verkapselt sind und 7 Minuten lang unter Umgebungsluftbedingungen mit einer Stromdichte von 3,44 × 1010 A/m2 belastet wurden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68158/68158fig07large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
Ergänzende Codierungsdatei 1: Laserscan_1.vi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68158/Laserscan_1.vi" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>

Verwendung der Laserscanning-Mikroskopie zur Bestimmung der Elektromigration in Molybdändisilizid

With increasing the current density and decreasing the size of chips electromigration becomes more and more important. Electromigration is the movement of ...

using-laser-scanning-microscopy-to-determine-electromigration

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Wir beschreiben die Ansätze für die Bauelementherstellung und die elektrische Charakterisierung von Molybdändiselenid (MoSe2) Schicht-Halbleiter-Nanostrukturen mit unterschiedlichen Dicken. Darüber hinaus wird die Herstellung von ohmschen Kontakten für MoSe 2-Lagen-Nanokristalle durch das Verfahren der fokussierten Ionenstrahlabscheidung unter Verwendung von Platin (Pt) als Kontaktmetall beschrieben.

Ohmsche Kontakt Fabrication unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahl-Technik und Elektrische Charakterisierung für Layer-Halbleiter-Nanostrukturen

Für diese Studie Synchrotronstrahlung Mikrotomographie, zerstörungs dreidimensionale Abbildungstechnik wird verwendet, um einen gesamten mikroelektronisches Gehäuse mit einer Querschnittsfläche von 16 x 16 mm zu untersuchen. Aufgrund der hohen Fluss und Helligkeit des Synchrotron wurde die Probe in nur 3 min mit einer 8,7 um räumliche Auflösung abgebildet.

Mit Synchrotronstrahlung Mikrotomographie Mehrskalige Dreidimensionale Mikroelektronische Bauteile zur Untersuchung

Die optischen, elektrischen und strukturellen Eigenschaften von Versetzungen und von Korngrenzen in Halbleitermaterialien können durch Experimente bestimmt werden, die in einem Rasterelektronenmikroskop durchgeführt werden. Die Elektronenmikroskopie wurde verwendet, um die Kathodolumineszenz, den elektronenstrahlinduzierten Strom und die Beugung von rückgestreuten Elektronen zu untersuchen.

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Dieser Artikel berichtet über die Nanomaterialherstellung eines Fulleren-Si-Substrats, das durch Nanomessungen und molekulardynamische Simulation untersucht und verifiziert wurde.

Probing C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si-Substrat mit Hilfe der Rastersondenmikroskopie und Molecular Dynamics

Die Isolierung von elektrischen und thermischen Effekten auf die elektrisch unterstützte Deformation (EAD) ist mit makroskopischen Proben sehr schwierig. Metallische Proben-Mikro- und Nanostrukturen zusammen mit einem kundenspezifischen Testverfahren wurden entwickelt, um die Auswirkungen des angewandten Stroms auf die Bildung ohne Joule-Erwärmung und Evolution von Versetzungen auf diesen Proben zu bewerten.

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Durch die Sulfurization der bereits hinterlegten Übergangsmetalle können großflächige und vertikale 2D Hetero-Kristallstrukturen hergestellt werden. Die Übertragung von Film und Gerät Herstellung Verfahren sind auch in diesem Bericht gezeigt.

Herstellung von großflächigen vertikale 2D Crystal Hetero-Strukturen durch Sulfurization Übergangsmetall Filme für Gerät Herstellung

Der Artikel soll ein standard und zuverlässige Fertigung Verfahren für die Entwicklung der zukünftigen niedrig dimensionalen Nanoelektronik einzuführen.

Eine Standard und zuverlässige Methode, zweidimensionale Nanoelektronik zu fabrizieren

Hier wird ein Protokoll zur Analyse nanostruktureller Veränderungen während der In-situ-Biasing mit Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) für eine gestapelte Metall-Isolator-Metall-Struktur vorgestellt. Es hat signifikante Anwendungen in resistive Schaltquerträger für die nächste Generation von programmierbaren Logikschaltungen und neuromimicking Hardware, um ihre zugrunde liegenden Operation Mechanismen und praktische Anwendbarkeit zu offenbaren.

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3D-Tiefenprofilrekonstruktion von segregierten Verunreinigungen mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie

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Nanoskalige Charakterisierung von Flüssig-Fest-Grenzflächen durch Kopplung von kryofokussiertem Ionenstrahlfräsen mit Rasterelektronenmikroskopie und Spektroskopie

Es wird ein Verfahren zur Auferlegung der Oberflächentopographie von lichtabsorbierenden Polymerverbundwerkstoffen, insbesondere magnetoaktiven Elastomeren (MAEs), mittels Lasermikrobearbeitung vorgestellt. Diese Methode ermöglicht eine große Flexibilität bei topografischen Entwürfen und Rapid Prototyping. Ein Beispiel für die Strukturierung von MAE-Oberflächen, die Charakterisierung und ihre Reaktion auf das externe Magnetfeld wird demonstriert.

Lasermikrobearbeitung für das Design der Polymeroberflächentopographie

Erfahren Sie, wie Laserscanning-Mikroskopie zur Bestimmung der Elektromigration in Molybdändisilizid eingesetzt wird. Diese Methode ermöglicht schnelle Messungen ohne aufwendige Probenpräparation bei erhöhten Temperaturen.

Verwendung der Laserscanning-Mikroskopie zur Bestimmung der Elektromigration in Molybdändisilizid

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