De tijdsafhankelijke diëlektrische doorbraak (TDDB) in on-chip interconnect-stacks is een van de meest kritische falenmechanismen voor micro-elektronische apparaten. Dit artikel demonstreert de procedure van een in situ TDDB-experiment in de transmissie-elektronenmicroscoop, wat de mogelijkheid biedt om het falenmechanisme in micro-elektronische producten te bestuderen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
In Situ Tijdafhankelijk Diëlektrische Breakdown in de Transmission Electron Microscope: een mogelijkheid om het faalmechanisme in Microelectronic Devices Begrijp
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De tijdsafhankelijke diëlektrische doorbraak (TDDB) in on-chip interconnect stapels is een van de meest kritische falenmechanismen voor micro-elektronische apparaten. De agressieve schaling van functiegroottes, zowel op apparaten als interconnects, leidt tot ernstige uitdagingen om de vereiste productbetrouwbaarheid te garanderen. Standaard betrouwbaarheidstests en post-mortem falenanalyse bieden slechts beperkte informatie over de fysica van faalmechanismen en degradatiekinetica. Daarom is het noodzakelijk om nieuwe experimentele benaderingen en procedures te ontwikkelen om de TDDB-faalmechanismen en degradatiekinetica in het bijzonder te bestuderen. In dit artikel wordt een in situ experimentele methodologie in de transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) gedemonstreerd om de TDDB-degradatie en faalmechanismen in Cu/ULK interconnect stapels te onderzoeken. Hoogwaardige beeldvorming en chemische analyse worden gebruikt om het kinetische proces te bestuderen. De in situ elektrische test wordt geïntegreerd in de TEM om een verhoogd elektrisch veld naar de dielectrica te bieden. Elektron tomografie wordt gebruikt om de gerichte Cu-diffusie in de isolerende dielectrica te karakteriseren. Deze experimentele procedure opent een mogelijkheid om het faalmechanisme in interconnect stapels van micro-elektronische producten te bestuderen, en het kan ook worden uitgebreid naar andere structuren in actieve apparaten.
Inleiding
Aangezien Cu interconnects eerst werden geïntroduceerd in de ultra-grootschalige integratie (ULSI) technologie in 1997 1, low-k en ultra-low-k (ULK) dielectrics zijn vastgesteld in de back-end-of-line (BEOL) als het isolatiemateriaal tussen de on-chip interconnects. De combinatie van nieuwe materialen, bijvoorbeeld Cu verlaagde weerstand en lage-k / ULK diëlektrica lagere capaciteit, overwint de effecten van verhoogde weerstand-condensator (RC) vertraging door interconnect dimensionele krimp 2, 3. Dit werd echter voordeel aangetast Door de voortdurende agressieve schaling van micro-elektronische inrichtingen in de afgelopen jaren. Het g....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Voorbereiding van het monster voor de Focused Ion Beam (FIB) Dunner (figuur 1)
- Klieven de volledige wafer in kleine chips (~ 10 mm bij 10 mm) met een diamant schrijver.
- De posities van de "tip to tip" structuur op de chips.
- Zag de chip met een snijmachine aan bars van 60 pm te verkrijgen met 2 mm groot. De bar is voorzien van de "tip-to-tip 'structuur in het centrum.
- Lijm het doel bar op een Cu halve ring met de superlijm. Vervolgens lijm de bar op een Cu sample fase ook met behulp van de superlijm. Vervolgens gebruik zilver plakken aan de geleiding tussen de halve ring en de koperen sample podium.
Opmerking: Bij....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Figuur 4 toont helder veld (BF) TEM beelden van een in situ-test. Er zijn gedeeltelijk doorbroken TaN / Ta barrières en reeds bestaande Cu atomen in de ULK diëlektrica voor de elektrische test (Figuur 4A) als gevolg van langdurige opslag in de omgevingslucht. Al na 376 sec bij 40 V, de diëlektrische doorslag gestart en ging gepaard met twee belangrijke migratiepaden van koper uit het metaal M1 heeft positieve potentiaal met betrekking tot de grond opzij 15-16. De ver.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Voorwaarde voor succes in de TDDB experiment goed monstervoorbereiding, vooral in de FIB maalproces in de SEM. Allereerst een dikke Pt-laag bovenop de "tip to tip" structuur moet worden gedeponeerd. De dikte en de afmetingen van de Pt-laag kan worden aangepast door de SEM operator, maar moet volgen drie principes: (1) De dikte en de afmetingen zijn voldoende om het doelgebied van mogelijke schade ionenbundel tijdens het gehele maalproces beschermen; (2) Er is nog een relatief dikke Pt-laag (≥ 400 nm) bovenop d.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
Geen concurrerende financiële belangen.
Dankbetuigingen
De auteurs willen Rüdiger Rosenkranz en Sven Niese (Fraunhofer IKTS-MD) bedanken voor hun hulp bij de monstervoorbereiding, en Ude Hangen, Douglas Stauffer, Ryan Major en Oden Warren (Hysitron Inc.) voor hun technische ondersteuning op de PI95 TEM-houder. De steun van het Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) en het Dresden Center for Nanoanalysis (DCN) aan de Technische Universität Dresden wordt ook erkend.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Automatische decoupeerzaag | DISCO Kiru-Kezuru-Migaku Technologies | ||
| Scannende elektronenmicroscoop | Zeiss | Zeiss Nvision 40 | |
| Picoindentor | Hysitron | Hysitron Pi95 | |
| Keithley SourceMeter | Keithley | Keithley 2602/237 | |
| Transmissie-elektronenmicroscoop | FEI | FEI Tecnai F20 | |
| Transmissie-elektronenmicroscoop | Zeiss | Zeiss Libra 200 |
Referenties
- 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....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
