La ruptura dieléctrica dependiente del tiempo (TDDB) en las pilas de interconexión en chip es uno de los mecanismos de fallo más críticos para los dispositivos microelectrónicos. Este artículo demuestra el procedimiento de un experimento in situ de TDDB en el microscopio electrónico de transmisión, que abre la posibilidad de estudiar el mecanismo de fallo en productos microelectrónicos.
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Artículo de método
En Desglose dieléctrica Situ dependiente del tiempo en el microscopio electrónico de transmisión: una posibilidad de comprender el mecanismo de falla en los dispositivos microelectrónicos
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Resumen
Resumen
La ruptura dieléctrica dependiente del tiempo (TDDB) en las pilas de interconexión en chip es uno de los mecanismos de fallo más críticos para los dispositivos microelectrónicos. El escalado agresivo de los tamaños de las funciones, tanto en los dispositivos como en las interconexiones, plantea serios desafíos para garantizar la fiabilidad requerida del producto. Las pruebas de confiabilidad estándar y el análisis de fallas post-mortem proporcionan solo información limitada sobre la física de los mecanismos de falla y la cinética de degradación. Por lo tanto, es necesario desarrollar nuevos enfoques y procedimientos experimentales para estudiar los mecanismos de falla de TDDB y la cinética de degradación en particular. En este artículo, se demuestra una metodología experimental in situ en el microscopio electrónico de transmisión (TEM) para investigar los mecanismos de degradación y falla de TDDB en pilas de interconexión Cu/ULK. Se utilizan imágenes de alta calidad y análisis químicos para estudiar el proceso cinético. La prueba eléctrica in situ está integrada en el TEM para proporcionar un campo eléctrico elevado a los dieléctricos. La tomografía electrónica se utiliza para caracterizar la difusión dirigida de Cu en los dieléctricos aislantes. Este procedimiento experimental abre la posibilidad de estudiar el mecanismo de fallo en pilas de interconexión de productos microelectrónicos, y también podría extenderse a otras estructuras en dispositivos activos.
Introducción
Desde interconecta Cu se introdujeron en primer lugar a la tecnología de integración a gran escala de ultra (ULSI) en 1997 1, low-k y ultra-low-k (ULK) dieléctricos se han adoptado en el back-end-of-line (BEOL) como los materiales aislantes entre las interconexiones en el chip. La combinación de nuevos materiales, por ejemplo, Cu para la reducción de la resistencia y de bajo k dieléctricos / ULK de baja capacitancia, supera los efectos del aumento de la resistencia-capacitancia (RC) demorado por causas interconexión dimensiones de contracción 2, 3. Sin embargo, este beneficio fue invadido por la continua escalado agresiva de dispositivo....
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Protocolo
1. Preparación de la muestra para el Focused Ion Beam (FIB) Adelgazamiento (Figura 1)
- Cleave la oblea completa en pequeños chips (~ 10 mm por 10 mm) con un escriba diamante.
- Marque las posiciones de la estructura "de punta a punta" en los chips.
- Vio el chip con una máquina de cortar en cubitos para obtener barras de 60 micras de tamaño de 2 mm. La barra incluye la estructura "de punta a punta" en el centro.
- Pegue la barra de destino en un medio anillo Cu usando el pegamento. A continuación, pegue la barra en un escenario de ejemplo Cu también utilizando el pegamento. A continuación, utilice pasta de plata para ajustar la condu....
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Resultados
La figura 4 muestra brillantes campo (BF) TEM imágenes de una en la prueba in situ. Hay incumplió parcialmente Tostado / barreras Ta y átomos Cu preexistentes en los dieléctricos ULK antes de la prueba eléctrica (Figura 4), debido a un almacenamiento prolongado en ambiente. Después de sólo 376 seg a 40 V, la ruptura dieléctrica se inició y fue acompañado con dos vías principales de migración de cobre desde el metal M1, que tiene un potencial positivo con referencia a.......
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Discusión
El requisito previo del éxito en el experimento TDDB es una buena preparación de la muestra, especialmente en el proceso de molienda FIB en el SEM. En primer lugar, una capa gruesa de Pt en la parte superior de la estructura "de punta a punta" tiene que ser depositado. El grosor y el tamaño de la capa de Pt pueden ser ajustados por el operador SEM, pero tienen que seguir tres principios: (1) El grosor y el tamaño son suficientes para proteger la zona de destino de posibles daños haz de iones durante todo el pr.......
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Divulgaciones
Sin intereses financieros en competencia.
Agradecimientos
Los autores desean agradecer a Rüdiger Rosenkranz y Sven Niese (Fraunhofer IKTS-MD) por su ayuda en la preparación de la muestra, y a Ude Hangen, Douglas Stauffer, Ryan Major y Oden Warren (Hysitron Inc.) por su apoyo técnico en el soporte PI95 TEM. También se reconoce el apoyo del Centro para el Avance de la Electrónica de Dresde (cfaed) y del Centro de Nanoanálisis de Dresde (DCN) de la Technische Universität Dresden.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| sierra de corte automática | DISCO Kiru-Kezuru-Migaku Technologies | ||
| Microscopio electrónico de barrido | Zeiss | Zeiss Nvision 40 | |
| Picoindentor | Hysitron | Hysitron Pi95 | |
| Keithley SourceMeter | Keithley Keithley | 2602/237 | |
| Microscopio electrónico de transmisión | FEI | FEI Tecnai F20 | |
| microscopio electrónico | de transmisión Zeiss | Zeiss Libra 200 |
Referencias
- Edelstein, D., et al. Full Copper Wiring in a Sub-0.25 µm CMOS ULSI Technology. IEDM Tech. Dig. , 773-776 (1997).
- List, S., Bamal, M., Stucchi, M., Maex, K. A global view of interconnects. Microelectron. Eng. 83 (11/12), 2200-2207 (2006).
- Meindl, J. D., Davis, J. A., Zarkesh-Ha, P., Pat....
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Reimpresiones y permisos
