Il guasto dielettrico dipendente dal tempo (TDDB) negli stack di interconnessione su chip è uno dei meccanismi di guasto più critici per i dispositivi microelettronici. Questo articolo dimostra la procedura di un esperimento TDDB in situ nel microscopio elettronico a trasmissione, che apre la possibilità di studiare il meccanismo di guasto nei prodotti microelettronici.
È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Articolo metodologico
In Situ in funzione del tempo di rottura dielettrico nel Transmission Electron Microscope: A Con possibilità di capire il meccanismo Fallimento in dispositivi microelettronici
In questo articolo
Sommario
Abstract
Il guasto dielettrico dipendente dal tempo (TDDB) negli stack di interconnessione su chip è uno dei meccanismi di guasto più critici per i dispositivi microelettronici. La scalabilità aggressiva delle dimensioni delle funzionalità, sia sui dispositivi che sulle interconnessioni, comporta serie sfide per garantire l'affidabilità del prodotto richiesta. I test di affidabilità standard e l'analisi dei guasti post-mortem forniscono solo informazioni limitate sulla fisica dei meccanismi di guasto e sulla cinetica di degradazione. Pertanto è necessario sviluppare nuovi approcci e procedure sperimentali per studiare in particolare i meccanismi di guasto del TDDB e la cinetica di degradazione. In questo articolo, viene dimostrata una metodologia sperimentale in situ nel microscopio elettronico a trasmissione (TEM) per studiare i meccanismi di degradazione e guasto del TDDB negli stack di interconnessione Cu/ULK. L'imaging di alta qualità e l'analisi chimica vengono utilizzate per studiare il processo cinetico. Il test elettrico in situ è integrato nel TEM per fornire un campo elettrico elevato ai dielettrici. La tomografia elettronica viene utilizzata per caratterizzare la diffusione diretta del Cu nei dielettrici isolanti. Questa procedura sperimentale apre la possibilità di studiare il meccanismo di guasto in pile di interconnessione di prodotti microelettronici, e potrebbe anche essere estesa ad altre strutture in dispositivi attivi.
Introduzione
Poiché interconnessioni Cu sono stati dapprima introdotti nella tecnologia di integrazione ultra-larga scala (ULSI) nel 1997 1, low-k e ultra-low-k (Ulk) dielettrici sono stati adottati nel back-end-of-line (beol) come i materiali isolanti tra interconnessioni su chip. La combinazione di nuovi materiali, ad esempio, Cu per minore resistenza e basso-k dielettrici / Ulk per minori capacità, supera gli effetti di aumento della resistenza-capacità (RC) ritardo causato dalla interconnessione dimensionale restringimento 2, 3. Tuttavia, questo beneficio è stato invaso dalla scala aggressiva continuo di dispositivi microelettronici negli ultimi....
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Protocollo
1. Preparazione del campione per la Focused Ion Beam (FIB) assottigliamento (Figura 1)
- Cleave l'intero wafer in piccoli chip (circa 10 mm x 10 mm) con uno scriba diamante.
- Segnare le posizioni della struttura "da punta a punta" sui chip.
- Visto il chip con una macchina a dadi per ottenere barre di 60 micron per 2 dimensioni mm. Il bar comprende la struttura "punta-punta" al centro.
- Incollare la barra bersaglio su un mezzo anello Cu utilizzando la colla super. Avanti, incollare la barra su un palco campione Cu anche utilizzando la colla super. Quindi, l'uso d'argento pasta per impostare la conduzione tra il mezzo ane....
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Risultati
La figura 4 mostra in campo chiaro (BF) immagini TEM da una prova in situ. Ci sono parzialmente violato TaN / Ta barriere e gli atomi di Cu preesistenti nei dielettrici Ulk prima del test elettrico (Figura 4A) a causa di rimessaggio prolungato in ambiente. Dopo soli 376 sec a 40 V, la ripartizione dielettrica iniziato ed era accompagnata da due principali vie di migrazione di rame dal metallo M1, avente un potenziale positivo con riferimento al lato terra 15-16. Le p.......
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Discussione
Il prerequisito del successo nell'esperimento TDDB è buona preparazione del campione, in particolare nel processo di fresatura FIB nel SEM. In primo luogo, uno spesso strato di Pt in cima alla struttura "punta-punta" deve essere depositato. Lo spessore e la dimensione dello strato Pt può essere regolata dall'operatore SEM, ma devono seguire tre principi: (1) lo spessore e la dimensione sono sufficienti a proteggere la zona di destinazione da possibili danni fascio di ioni durante l'intero processo .......
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Dichiarazioni
Nessun interesse finanziario in competizione.
Ringraziamenti
Gli autori ringraziano Rüdiger Rosenkranz e Sven Niese (Fraunhofer IKTS-MD) per la loro assistenza nella preparazione dei campioni, e Ude Hangen, Douglas Stauffer, Ryan Major e Oden Warren (Hysitron Inc.) per il loro supporto tecnico sul supporto TEM PI95. È riconosciuto anche il supporto del Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) e del Dresden Center for Nanoanalysis (DCN) presso la Technische Universität Dresden.
....Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Sega automatica per cubetti | DISCO Kiru-Kezuru-Migaku Technologies | ||
| Microscopio elettronico a scansione | Zeiss | Zeiss Nvision 40 | |
| Picoindentor | Hysitron | Hysitron Pi95 | |
| Keithley SourceMeter | Keithley | Keithley 2602/237 | |
| Microscopio elettronico a trasmissione | FEI | FEI Tecnai F20 | |
| microscopio elettronico a trasmissione | Zeiss | Zeiss Libra 200 |
Riferimenti
- 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....
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Ristampe e permessi
