La rupture diélectrique dépendante du temps (TDDB) dans les piles d’interconnexion sur puce est l’un des mécanismes de défaillance les plus critiques pour les dispositifs microélectroniques. Cet article présente le déroulement d’une expérience TDDB in situ au microscope électronique à transmission, qui ouvre la possibilité d’étudier le mécanisme de défaillance dans les produits microélectroniques.
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Article de méthode
En rupture diélectrique Situ en fonction du temps dans le microscope électronique à transmission: une possibilité de comprendre le mécanisme de panne des dispositifs microélectroniques
Dans cet article
Résumé
Résumé
La rupture diélectrique dépendante du temps (TDDB) dans les piles d’interconnexion sur puce est l’un des mécanismes de défaillance les plus critiques pour les dispositifs microélectroniques. L’évolutivité agressive de la taille des fonctionnalités, à la fois sur les appareils et les interconnexions, pose de sérieux défis pour garantir la fiabilité requise du produit. Les tests de fiabilité standard et l’analyse post-mortem des défaillances ne fournissent que des informations limitées sur la physique des mécanismes de défaillance et la cinétique de dégradation. Par conséquent, il est nécessaire de développer de nouvelles approches et procédures expérimentales pour étudier les mécanismes de défaillance des TDDB et la cinétique de dégradation en particulier. Dans cet article, une méthodologie expérimentale in situ au microscope électronique à transmission (MET) est démontrée pour étudier les mécanismes de dégradation et de défaillance de la TDDB dans les empilements d’interconnexion Cu/ULK. Des images et des analyses chimiques de haute qualité sont utilisées pour étudier le processus cinétique. Le test électrique in situ est intégré dans le TEM pour fournir un champ électrique élevé aux diélectriques. La tomographie électronique est utilisée pour caractériser la diffusion dirigée du Cu dans les diélectriques isolants. Cette procédure expérimentale ouvre la possibilité d’étudier le mécanisme de défaillance dans les piles d’interconnexion de produits microélectroniques, et elle pourrait également être étendue à d’autres structures dans des dispositifs actifs.
Introduction
Depuis interconnexions Cu ont d'abord été introduits dans l'intégration des technologies ultra-grande échelle (ULSI) en 1997 1, low-k et ultra-low-k (ULK) diélectriques ont été adoptées dans le back-end-of-line (beol) que les matériaux isolants entre les interconnexions sur puce. La combinaison de nouveaux matériaux, par exemple, Cu pour la résistance réduite et diélectriques low-k / ULK pour capacité inférieure, surmonte les effets de l'augmentation de résistance-condensateur (RC) retard causé par interconnexion dimensions retrait 2, 3. Toutefois, cet avantage a été empiété par la mise à l'échelle dynamique continue des....
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Protocole
1. Préparation de l'échantillon pour le Focused Ion Beam (FIB) Dilution (Figure 1)
- Cliver la plaquette complète en petits copeaux (~ 10 mm par 10 mm) avec une pointe en diamant.
- Marquez les positions de la structure "pointe-pointe" sur les puces.
- Vu la puce avec une machine de découpe pour obtenir des barres de 60 um de 2 mm de taille. Le bar comprend la structure "pointe-pointe" dans le centre.
- Collez la barre de cible sur un demi-anneau Cu en utilisant la super glue. Ensuite, collez la barre sur une scène de l'échantillon Cu en utilisant également la super glue. Ensuite, l'utilisation pâte d'argent pour régle....
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Résultats
La figure 4 montre lumineux champ (BF) images TEM provenant d'un essai in situ. Il sont partiellement violé TaN / Ta barrières et les atomes de Cu pré-existantes dans les diélectriques ULK avant le test électrique (figure 4A) en raison d'un stockage prolongé dans l'air ambiant. Après seulement 376 secondes à 40 V, la rupture diélectrique a commencé et a été accompagnée de deux grandes voies de migration de cuivre du métal M1, ayant un potentiel positif par rapport à.......
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Discussion
La condition préalable de la réussite dans l'expérience TDDB est une bonne préparation de l'échantillon, en particulier dans le processus de fraisage de FIB dans la SEM. Tout d'abord, une épaisse couche de Pt sur le dessus de la structure "pointe-pointe" doit être déposé. L'épaisseur et la taille de la couche Pt peut être ajustée par l'opérateur SEM, mais doivent suivre trois principes: (1) L'épaisseur et la taille sont assez pour protéger la zone cible de possibles dommages faisceau d&.......
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Déclarations de divulgation
Pas d’intérêts financiers concurrents.
Remerciements
Les auteurs tiennent à remercier Rüdiger Rosenkranz et Sven Niese (Fraunhofer IKTS-MD) pour leur aide dans la préparation des échantillons, ainsi que Ude Hangen, Douglas Stauffer, Ryan Major et Oden Warren (Hysitron Inc.) pour leur soutien technique sur le support TEM PI95. Le soutien du Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) et du Dresden Center for Nanoanalysis (DCN) de la Technische Universität Dresden est également reconnu.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Scie à dés automatique | DISCO Kiru-Kezuru-Migaku Technologies | ||
| Microscope électronique à balayage | Zeiss Zeiss | Nvision 40 | |
| Picoindentor | Hysitron | Hysitron Pi95 | |
| Keithley SourceMeter | Keithley | Keithley 2602/237 | |
| Microscope électronique | à transmission FEI | FEI Tecnai F20 | |
| Microscope électronique à transmission | Zeiss Zeiss | Libra 200 |
Références
- 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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Réimpressions et autorisations
