Introduction
منذ أن بدأ يربط النحاس أولا في تكنولوجيا التكامل واسع النطاق جدا (ULSI) في عام 1997 1، فائقة منخفضة ك اعتمدت المنخفض ك و (ULK) العوازل في الخلفية-السطر (BEoL) والمواد العازلة بين على رقاقة الوصلات. مزيج من المواد الجديدة، على سبيل المثال، النحاس لخفض المقاومة والمنخفض ك العوازل / ULK لانخفاض السعة، ويتغلب على آثار زيادة المقاومة السعة (RC) التأخير الناجم عن ربط الأبعاد انكماش 2، 3. ومع ذلك، فقد تعدت هذا الاستحقاق من خلال التوسع العدواني المستمر من الأجهزة الدقيقة في السنوات الأخيرة. استخدام المنخفض ك / مواد ULK النتائج في مختلف التحديات في عملية التصنيع وموثوقية المنتج، خاصة إذا كان الملعب ربط تصل إلى حوالي 100 نانومتر أو أقل 4-6.
TDDB يشير إلى آلية فشل المادية للمواد العازلة بوصفها وظيفة من الزمنتحت حقل كهربائي. ويتم عادة اختبار الموثوقية TDDB في ظل ظروف المعجل (حقل كهربائي مرتفعة و / أو درجة حرارة مرتفعة).
وTDDB في على رقاقة ربط مداخن هي واحدة من آليات الفشل الأكثر أهمية للأجهزة الالكترونية الدقيقة، الأمر الذي أثار بالفعل مخاوف شديدة في المجتمع الموثوقية. وسوف تستمر في أن تكون في دائرة الضوء من المهندسين موثوقية منذ العوازل ULK مع ويجري دمج الخصائص الكهربائية والميكانيكية حتى الأضعف في الأجهزة في العقد التكنولوجيا المتقدمة.
وقد أجريت تجارب مخصصة للتحقيق في آلية فشل TDDB 7-9، وقد استثمرت قدرا كبيرا من الجهد لتطوير نماذج التي تصف العلاقة بين المجال الكهربائي وعمر الأجهزة 10-13. الدراسات الحالية تعود بالنفع على المجتمع من المهندسين الموثوقية في مجال الالكترونيات الدقيقة. ومع ذلك، فإن العديد من challenغيس لا تزال موجودة وأسئلة كثيرة لا تزال بحاجة إلى إجابة بالتفصيل. على سبيل المثال، ونماذج ثبت لوصف آلية فشل وتدهور حركية المادية في عملية TDDB والتحقق التجريبي منها لا تزال متوفرة. ونتيجة لحاجة معينة، هناك حاجة إلى نموذج أكثر ملاءمة لاستبدال المحافظ √E نموذج 14.
كجزء مهم جدا من التحقيق TDDB، وتحليل الفشل نموذجي يواجه تحديا غير مسبوق، أي تقديم أدلة شامل ويصعب شرح فيزياء آليات الفشل وحركية التدهور. على ما يبدو، وتفتيش الملايين من فيا وعلى بعد أمتار من النانو خطوط النحاس واحدا تلو خارج الموقع واحد وتصوير الموقع الفشل ليس الخيار المناسب للتغلب هذا التحدي، لأنه هو وقتا طويلا جدا، ومعلومات محدودة فقط حول حركية إعطاب آلية يمكن تقديمها. ولذلك، برزت مهمة عاجلة لتطويرالثانية لتحسين التجارب وللحصول على إجراء أفضل لدراسة آليات الفشل TDDB وحركية التدهور.
في هذه الورقة، ونحن سوف تظهر في الموقع المنهجية التجريبية للتحقيق في آلية فشل TDDB في النحاس / ULK مداخن التواصل. ويستخدم TEM مع قدرة تصوير بجودة عالية والتحليل الكيميائي لدراسة عملية الحركية في الهياكل اختبار مخصصة. لفي اختبار الكهربائية الموقعي ودمجها في التجربة TEM لتوفير مجال كهربائي مرتفع إلى العوازل. هيكل مخصصة "طرف إلى طرف"، ويتألف من الوصلات النحاس مغلفة تماما ومعزولة بمادة ULK، وهو مصمم على عقدة تكنولوجيا CMOS 32 نانومتر. ويمكن أيضا إجراء التجارب وصفها هنا أن تمتد إلى غيرها من الهياكل في الأجهزة النشطة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. إعداد نموذج لوركز ايون الشعاع (فيبوناتشي) التخفيف (الشكل 1)
- يلتصق الرقاقة الكامل إلى شرائح صغيرة (~ 10 مم 10 مم) مع الكاتب الماس.
- بمناسبة مواقف هيكل "طرف إلى طرف" على رقائق.
- رأى رقاقة مع آلة تقطيع للحصول على قضبان 60 ميكرون بنسبة 2 مم. يتضمن شريط هيكل "طرف إلى طرف" في المركز.
- الغراء شريط المستهدف خلال النصف عصابة النحاس باستخدام الغراء عظمى. المقبل، الغراء شريط على المسرح عينة النحاس أيضا باستخدام الغراء عظمى. ثم، واستخدام الفضة لصق لضبط التوصيل بين حلقة نصف والمرحلة عينة النحاس.
ملاحظة: عند التعامل مع العينة، للتأكد من ارتداء دائما شريط الرسغ لمنع تصريف كهرباء، مما قد يسبب ضررا بالبنية الحساسة في العينة.
2. الاكذوبه التخفيف في مجهر المسح الإلكتروني (الشكل 2)
- وضع العينة التي تم الحصول عليها في الخطوة 1 علىن SEM مرحلة عينة ووضع مرحلة بعناية في SEM.
- اختار طريقة الترسيب، وإعداد الأبعاد (منطقة وسمك) من طبقة في حاجة إلى حماية حزب العمال. دائما استخدام 30 كيلو فولت ايون شعاع للحفاظ على أعلى مستوى من الدقة. ضبط الحالية للحصول على كفاءة راض، وتعتمد على أبعاد الطبقة حزب العمال الحاجة.
- إيداع خط حزب العمال في الاتصال منصة واحدة إلى مرحلة الاتحاد الجمركي (إمكانات الأرض). وفي وقت لاحق، إيداع طبقة سميكة حزب العمال على رأس الهيكل "طرف إلى طرف"، وهو أمر مهم جدا للحد من الأضرار أيون أثناء عملية ترقق الاكذوبه وتعزيز الصفيحة الرقيقة. هذا هو الإجراء القياسية المستخدمة في إعداد الاكذوبه.
- أخذ الحيطة والحذر على عدم إدخال أي مسارات الموصلة بين منصات اثنين على الجزء العلوي من الهيكل "طرف إلى طرف" من خلال طبقة حزب العمال عند تنفيذ ترسب حزب العمال. أي مسار موصل سوف باختصار الدائرة الكهربائية (الشكل 2A وباء).
- الاكذوبه طحن
- استخدام التيار الكهربائي من 30 كيلو فولت وتيار 10 با لخفض النهائي. رقيقة شريط الهدف إلى TEM الصفيحة H-شريط بسمك يتراوح بين 150 و 180 نانومتر.
- قطع الشق بالقرب من لوحة (V + لوحة) والتي سوف يتم لمسها من قبل طرف محول في TEM. استخدام الشق كعلامة لتحديد لوحة الصحيحة في TEM.
3. نقل عينة من SEM إلى TEM
- وضعت على حزام الرسغ قبل لمس العينة.
- إلغاء تحميل إعداد نموذج H-بار من مرحلة SEM. الحفاظ على عينة على المسرح النحاس عند إزالته من SEM.
- إصلاح المرحلة النحاس على حامل TEM. نقل معلومات سرية محول حامل TEM بالقرب من هيكل اختبار (بضع مئات من ميكرومتر بعيدا عن هيكل الاختبار) تحت المجهر الضوئي.
- تضاف حامل TEM في TEM بعناية. لا تستخدم أي علاج التنظيف (على سبيل المثال، وتنظيف البلازما) خلال آرعملية ansfer، وإلا فإن الصفيحة قد تتأثر.
- الحفاظ على الوقت لنقل عينة خلال 15 دقيقة أو أقصر لتجنب الكثير من التعرض للرطوبة الجو المحيط والأكسجين.
4. تأسيس اتصال الكهربائية (الشكل 3)
- ربط حامل TEM لنظام سيطرتها وSourceMeter. ثم التبديل على نظام التحكم وSourceMeter.
- رصد غيض محول في TEM عند القيام النهج الخشن من طرف محول للهيكل الاختبار عن طريق ضبط المقابض على حامل TEM.
- نقل معلومات سرية محول حامل TEM بالقرب من لوحة V + (≤ 500 نانومتر). جلب رأس محول إلى نفس المستوى (Z: الارتفاع) كما لوحة. ضبط الموقف من طرف وجعل الطرف تواجه وسط V + وسادة.
- الاتصال غيض محول إلى لوحة V +. تعيين الجهد المنخفض جدا على طرف (0.5 V إلى حوالي 1 V)، في حين تقترب من اللوحة. مراقبة simultaneo الحاليusly للتأكد من ثبوت الاتصال.
5. في الموقع TDDB التجربة
- استخدام الجهد تسارع من 200 كيلو فولت في TEM. نقل شعاع الالكترون إلى منطقة المصالح؛ اختيار التكبير المناسب وتركيز الصورة.
- استخدام الخطوات الإضاءة المنخفضة (≤ 8) للحد من الأضرار شعاع على بنية الاختبار. استخدام فتحة مكثف في توطين منطقة الإضاءة فقط داخل الجزء رقيقة من العينة H-بار.
- تطبيق الجهد المستمر (≤ 40 V) على هيكل "طرف إلى طرف" باستخدام SourceMeter أثناء تسجيل الصور TEM في الموقع (03/02 لقطة / ثانية). تسجيل الصور تلقائيا باستخدام رمز كتابتها النفس، على سبيل المثال، باستخدام برنامج DigitalMicrograph.
- إيقاف التجربة عندما نشهد انتشار واضح من المعدن في العوازل ULK والقيام التحليل الكيميائي الكترون طيفية تصوير (ESI).
- إدراج فتحة مرشح شق في Omegمرشح الطاقة في TEM.
- ضبط عرض الفتحة مرشح الطمي للحصول على عرض مناسب الطاقة (10-20 فولت) في الطيف فقدان الطاقة الإلكترون (EELS).
- تحويل الطاقة إلى امتصاص ذروة النحاس M-الحافة في EELS.
- العودة إلى وضع التصوير في الحصول على الطاقة تصفيتها صورة TEM في النحاس M-حافة الامتصاص الذروة.
- تحويل الطاقة إلى ما قبل حافة النحاس M-حافة والحصول على الطاقة التي تمت تصفيتها صورة TEM آخر.
- تصحيح الانحراف من العينة بين الصورتين.
- تقسيم الصورة الأولى والثانية للحصول على صورة نسبة القفز من النحاس.
- تستمر التجربة TDDB: تطبيق الجهد المستمر (≤ 40 V) على هيكل "طرف إلى طرف" باستخدام SourceMeter وتسجيل الصور TEM.
6. التصوير المقطعي
- أداء TEM التصوير المقطعي عند الانتهاء من التجربة TDDB، للحصول على معلومات التوزيع 3D عن ديالجسيمات ffused.
- إمالة العينة وتسجيل سلسلة الميل من 138 درجة. استخدام خطوة الميل من 1 درجة مئوية، وتسجيل الصورة أثناء كل خطوة في وضع STEM حقل مشرق (BF).
- إعادة بناء سلسلة (تشمل محاذاة الصور، وتحديد محور الميل، وإعادة حجم وتجزئة لتشكيل حجم الشعاعي الطبقي 3D).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ويبين الشكل 4 مشرق الميدان (BF) صور TEM من الاختبار في الموقع. خرق هناك جزئيا تان / الحواجز تا وذرات النحاس الموجودة من قبل في العوازل ULK قبل الاختبار الكهربائي (الشكل 4A) بسبب التخزين الموسعة في المحيط. بعد فقط 376 ثانية في 40 V، بدأ انهيار العزل الكهربائي واقترن مع اثنين من مسارات الهجرة الرئيسية للالنحاس من المعادن M1، وجود الإمكانات الإيجابية مع الإشارة إلى الجانب الأرض 15-16. وتظهر جزيئات النحاس تنتشر في العوازل ULK في الصورة BF TEM بعد الانهيار النهائي (الشكل 4B).
في عينة لا تشوبه شائبة، أي نقل سريع بين إعداد الاكذوبه وTEM التصوير (الشكل 5A)، وهيكل "طرف إلى طرف" سليمة دون أي ضرر في الجدار تان / تا. تم تطبيق نفس الجهد (40 V) لهذه العينة. نجت هذه العينة لأكثر من 50 دقيقة حتىحدث انهيار بسبب سليمة حاجز تان / تا. يتم عرض صورة TEM بعد انهيار في الشكل 5B. على ما يبدو، هاجرت ذرات المعدن إلى شافي 2 من الزاوية السفلى من المعدن M1، وجود الإمكانات الإيجابية المشار إليها بواسطة السهم الأحمر (17). التحليل الكيميائي ESI (الشكل 5C) يثبت أن هناك مسار الهجرة من النحاس في واجهة كسر بين طبقة SiCN والعوازل ULK، التي لا يمكن الكشف عن تباين الصورة BF TEM في الشكل 5B. مزيج من التحليل الكيميائي ESI والموقع التجربة TDDB في TEM في تمكن التحقيق في آلية فشل TDDB وحركية تدهور 15-16 بطريقة أكثر مباشرة وشاملة.
التصوير المقطعي هو خيار لتوصيف توزيع 3D من جزيئات النحاس التي تنتشر من الجانب الإيجابي للهيكل "طرف إلى طرف". الشكل6B يصور شريحة من 3D-جعل من العينة التي اكتسبها التصوير المقطعي في TEM. تمثل الجزيئات الصفراء للجسيمات النحاس هاجر في شافي 2.
1. الصور تخطيطي للتجربة قبل العينة يتم وضع الرقم في المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). (A) A رقاقة الكامل. (B) رقاقة من رقاقة الكامل. (C) شريط الهدف مع هيكل "طرف إلى طرف" في نصف حلقة النحاس التي يتم لصقها على المسرح العينة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 2. عينة H-بار ملفقة من قبل مركز شعاع ايون (فيبوناتشي) تقنية في SEM وصورة تخطيطية للهيكل "طرف إلى طرف". (A) و (B) في SEM. (C) والخطط هيكل "طرف إلى طرف". يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3. الإعداد التجريبي في المجهر الإلكتروني النافذ (TEM). (A) صورة تخطيطية للعملية الاقتراب للإتصال به. (B) STEM صورة من الإعداد قبل التجربة TDDB في الموقع. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من الهو الرقم.
صور الشكل 4. الممثل تيم لهيكل "طرف إلى طرف" مع منتشر النحاس في العوازل ULK قبل التجربة في الموقع. (A) قبل الاختبار الكهربائي. (B) بعد الاختبار الكهربائي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 5. صور الممثل تيم للا تشوبه شائبة هيكل "طرف إلى طرف". صورة (A) حقل مشرق (BF) TEM قبل الاختبار الكهربائي. (B) BF TEM الصورة بعد الاختبار الكهربائي. (C) القاهرةectron الصورة الطيفية لتوزيع النحاس. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 6. صورة STEM و3D-تقديم هيكل "طرف إلى طرف" بعد الاختبار الكهربائي. (A) صورة STEM. (B) 3D-جعل من العينة التي اكتسبها التصوير المقطعي في TEM (الأزرق: بنية "تلميح إلى طرف"، أصفر: جسيمات النحاس، الأخضر: هيكل الترانزستور تحت).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
شرط أساسي للنجاح في التجربة TDDB هو إعداد نموذج جيد، وخصوصا في عملية الطحن الاكذوبه في SEM. أولا، طبقة سميكة حزب العمال على رأس الهيكل "طرف إلى طرف" يجب أن تودع. سمك وحجم الطبقة حزب العمال يمكن تعديلها من قبل المشغل SEM، ولكن يجب أن تتبع ثلاثة مبادئ هي: (1) سمك وحجم ما يكفي لحماية المنطقة المستهدفة من الممكن الضرر أيون شعاع أثناء عملية الطحن بأكملها. (2) لا يزال هناك طبقة سميكة نسبيا حزب العمال (≥ 400 نانومتر) على رأس عينة اليسرى بعد الطحن، لأنه يحمي عينة دقيقة من الضغوط الداخلية والخارجية، ويقلل من مساهمة الضغط على انهيار العزل الكهربائي في TDDB المقبل التجربة. (3) لا ينبغي أن يكون حجم كبير جدا، وإلا قد يشكل طريقا موصلة بين اثنين من منصات والتي تستخدم لتطبيق الجهد لبنية الاختبار. وعلاوة على ذلك، فإن الخطوة الأساسية هي عندما لوقف شعاع أيون لخفض النهائي.يجب مقاطعة طحن أيون فورا مرة واحدة في النحاس "دمية" هيكل ربط مصممة خصيصا أمام اختبار يختفي هيكل، لأن يربط النحاس المركزية تتكون من هيكل "طرف إلى طرف"، وهناك ~ 60 نانومتر الفضاء فقط بين لهم. سيكون متأخرا جدا إذا ظهر هيكل "طرف إلى طرف" في صورة SEM الحية. ويستهدف سمك H-بار TEM الصفيحة أن يكون حوالي 150-180 نانومتر. هذا السمك يسمح الشفافية الإلكترون في TEM في 200 كيلو فولت تسريع الجهد ويحافظ أيضا عازلة سميكة نسبيا على الجانبين التي تغلف هيكل "طرف إلى طرف". من ناحية أخرى، فإن عينة سمك 150-180 نانومتر سببا مهما نثر غير مرن متعددة خلال التحليل الكيميائي ESI، لذلك يجب النظر في تحليل نتيجة كذلك هذه الآثار.
عند التعامل مع أو نقل العينة، ارتداء سترا الرسغص. وهذا أمر مهم جدا، لأن لوحظ تلف التفريغ الكهربائي على عدة عينات في تجربتنا إذا لم يكن يلبس حزام الرسغ. الخطوة نقل الأكثر أهمية هو نقل من SEM إلى TEM. الوقت نقل لابد من تقييد صارم خلال 15 دقيقة أو أقل. A التعرض الطويل من العينة في الهواء المحيط الوقت قد امتصاص الرطوبة مما قد يسبب تلفا هيكل "طرف إلى طرف"، ويظهر مثال في الشكل 4A. تم تخزين هذه العينة في الهواء المحيط لمدة أسبوعين قبل الاختبار. المكسور حاجز تان / تا يؤثر على آلية فشل الجوهرية وتقصير عمر هيكل الاختبار. ثم يتم تمكين الهائل النحاس نشرها.
واحد قلق للفي الموقع دراسة TDDB في TEM هو الضرر شعاع على العوازل ULK. وبالتالي، فإنه هو أمر بالغ الأهمية لتقليل تأثير شعاع على التجربة 18. عدة استراتيجيات يمكن اختيار للحد من هذا التأثير، ولكن ما في وسعهالا يمكن القضاء عليها كليا. يمكن تصنيفها الخيارات في ثلاثة مناهج. احتمال واحد يستخدم فتحة صغيرة مكثف للحد من المبلغ الإجمالي من الطاقة المودعة في نوع العينة H-18 شريط. الخيار الآخر يعمل على TEM في الجهد المنخفض (≤ 80 كيلو فولت) 19-21 و / أو انخفاض الإلكترون الجرعة 22-25. ومن المتوقع هذا الخيار للحد من الضرر مباشرة شعاع على العينة. وعلاوة على ذلك، يمكن للمسح TEM (STEM) واسطة تكون تقنية المجهر جرعة منخفضة أيضا، إذا يتم اختيار المعلمات التجريبية بشكل صحيح. وبالتالي، ينبغي إعطاء الأولوية لوضع STEM إذا كان هو الخيار الممكن في TEM المستخدمة. اختيار انخفاض سطوع الإضاءة وتسجيل الصور TEM مع ذلك، الفاصل الزمني المعقول (جرعة منخفضة) اختار ينصح أيضا 18 أن يؤدي إلى مزيد من خفض الضرر شعاع.
وبصرف النظر عن TDDB جوهري، يمكن إعداد العينة TEM ومراقبة TEM تؤثر نظريا ر النهائيeakdown. ومع ذلك، فإن إعطاب آلية TDDB احظ يعتقد أن تكون صالحة للأسباب التالية: (1) مع أقل بكثير أشعة TEM شعاع (جرعة منخفضة من التصوير STEM، وانخفاض خطوة الإضاءة والصور وتسجيل كل 30 دقيقة / 1 ح)، وأظهرت عينة الاختبار فشل مماثل آليات كما هو الحال في ملاحظتنا TEM السابقة (تسجيل الصور بشكل مستمر، نسبيا جرعة عالية من وضع TEM) 16-18. (2) تم تأكيد مجال كهربائي كقوة دافعة وأصل هجرة الجزيئات المعدنية 17 (الشكل 5B و6A) عن طريق عكس الربط الكهربائي. (3) الهجرة من الجزيئات المعدنية وانهيار العزل الكهربائي وكلا لوحظ في مواقع محددة حيث التباعد طرف إلى طرف صغير نسبيا والجدار تا / تان رقيقة نسبيا، وليس في كل مكان داخل منطقة إضاءة شعاع TEM. (4) طبقة سميكة من حزب العمال ترسب على رأس العينة يمنع معظم التلوث من زرع العمودي للأيونات جا - الشركة المصرية للاتصالاتويعتقد هيكل الواحد لتكون أساسا مجانا التلوث حتى في حالة وجود كمية ضئيلة من التلوث على سطح الجدران الجانبية (حوالي 60 نانومتر) من الضرر الجانبي للأيونات جورجيا. ولذلك، ينبغي إعداد العينات والملاحظة TEM لن يؤثر على تفسير آلية فشل الجوهرية لكمية كبيرة.
الحاجة إلى إجراءات معقدة لإعداد العينات والإعداد التجريبية وربما كان العيب الرئيسي. هذه المنهجية هي التي تنطبق فقط على هيكل اختبار مصممة خصيصا. ولذلك، فإن تصميم وعملية التصنيع المعقدة للهيكل اختبار مخصص يؤدي إلى مزيد من الجهود للغاية بالمقارنة مع منهجيات الاختبار التقليدية. أخيرا، تجدر الإشارة إلى أن تعديل العينة التي كتبها شعاع الإشعاع في TEM أمر لا مفر منه إذا كان شعاع الالكترون ينير عينة الحساسة لفترة طويلة جدا. ومع ذلك، فإننا نعتقد أن هذه المنهجية يمكن ENAبليه دراسة آليات الفشل TDDB وحركية التدهور.
مزيد من التطوير على تجربة قد تكون قادرة على توفير البيانات الكمية للهجرة النحاس في العوازل بوصفها وظيفة من الجهد التطبيقي و / أو الوقت ويساعد على تطوير نموذج أكثر ملاءمة للنحاس / ULK مداخن ربط على رقاقة. في دراستنا، إشارة ESI جسر النحاس في الجزء السفلي من طبقة SiCN كما هو مبين في الشكل 5C تشير بوضوح إلى حقيقة أن النحاس على الأرجح تنتشر على طول عازلة واجهة / SiCN الرئيسية. يتأثر هذا السطح العلوي للعازل الرئيسي من عملية planarization، ومن المتوقع أن يكون أكبر قدر من عيوب / العيوب، ثم يؤدي إلى واجهة ضعيفة نسبيا مع طبقة SiCN. عمليات الأنتشارى، وتمكين حركة كبيرة النحاس، ينبغي أن يحدث هناك. آلية التوصيل الالكترونية، التي سبقت نشر النحاس ويؤدي إلى تلف العازل، ينبغي أن تتبع السلوك بول-فرنكل، therefخام صالح √E نموذج. A انحراف عن هذا النموذج لا يمكن استنتاجها مع المنهج التجريبي المقترح هنا حتى الآن بسبب التحيز الكبيرة اللازمة لتمكين الأوقات العصيبة معقولة. وتجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من أن تخفيض الفولتية المطبقة وما ينتج عنها من المجالات الكهربائية يجب أن تكون واحدة من المهام المستقبلية في تحسين المنهجية التجريبية هنا وصفها. التحيزات التشغيل رقاقة الفعلي هي بناء على أمر من 1-3 V. الفولتية المطبقة هنا هي أعلى جدا، لذلك تأثيرات أخرى قد تلعب دورا أكثر هيمنة في الفولتية مرتفعة. تحقيقا لهذه الغاية، تم تصميم هياكل الاختبار الجديد التي لديها انخفاض كبير تباعد بناء على أمر من 20 إلى 50 نانومتر. ثم، الفولتية أصغر يمكن تطبيقها والبيانات التجريبية لا يزال من الممكن الحصول عليها في كمية معقولة من الزمن. ويمكن بعد ذلك أن توصف حركة النحاس، وربما القضاء على التحيزات منخفضة بسبب وجود عتبة الضرر عازلة للتحدث، بوصفها وظيفة من التحيز التطبيقية والوقت. فيل هذه الجهودل أن تكون جزءا من دراسة المقبلة، ويمكن أن تثبت أو دحض نموذج تأثير الضرر، والتي من وجهة نظر آلية الأضرار المادية حاليا النموذج الأكثر احتمالا لوصف آثار TDDB في التحيزات منخفضة 10.
ويمكن اعتماد نقل X-راي المجهري (TXM) لهذه التجربة، وكذلك إذا يمكن تحسين القرار المكانية إلى أقل بكثير من 10 نانومتر. الأهم من ذلك، أفضل قدرة الإرسال وجرعة الإشعاع أقل مما كانت عليه في TEM قد يعزز الطلب على الأجهزة الدقيقة نشطة أخرى.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Automatic Dicing Saw | DISCO Kiru-Kezuru-Migaku Technologies | ||
| Scanning Electron Microscope | Zeiss | Zeiss Nvision 40 | |
| Picoindentor | Hysitron | Hysitron Pi95 | |
| Keithley SourceMeter | Keithley | Keithley 2602/237 | |
| Transmission Electron Microscope | FEI | FEI Tecnai F20 | |
| Transmission Electron Microscope | Zeiss | Zeiss Libra 200 |
References
- 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., Patel, C. S., Martin, K. P., Kohl, P. A. Interconnect opportunities for gigascale integration. IBM J. Res. Develop. 46 (2/3), 245-263 (2002).
- Zhang, X. F., Wang, Y. W., Im, J. H., Ho, P. S. Chip-Package Interaction and Reliability Improvement by Structure Optimization for Ultralow-k Interconnects in Flip-Chip Packages. IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 12 (2), 462-469 (2012).
- Lee, K. D., Ogawa, E. T., Yoon, S., Lu, X., Ho, P. S. Electromigration reliability of dual-damascene Cu/porous methylsilsesquioxane low k interconnects. Appl. Phys. Lett. 82 (13), 2032 (2003).
- Zschech, E., et al. Stress-induced phenomena in nanosized copper interconnect structures studied by x-ray and electron microscopy. J. Appl. Phys. 106 (9), 093711 (2009).
- Tan, T. L., Hwang, N., Gan, C. L. Dielectric Breakdown Failure Mechanisms in Cu-SiOC low-k interconnect system. IEEE Trans. Bimodal. 7 (2), 373-378 (2007).
- Zhao, L., et al. Direct observation of the 1/E dependence of time dependent dielectric breakdown in the presence of copper. Appl. Phys. Lett. 98 (3), 032107 (2011).
- Breuer, T., Kerst, U., Boit, C., Langer, E., Ruelke, H., Fissel, A. Conduction and material transport phenomena of degradation in electrically stressed ultra-low-k dielectric before breakdown. J. Appl. Phys. 112 (12), 124103 (2012).
- Lloyd, J. R., Liniger, E., Shaw, T. M. Simple model for time-dependent dielectric breakdown in inter- and intralevel low-k dielectrics. J. Appl. Phys. 98 (8), 084109 (2005).
- A Comprehensive Study of Low-k SiCOH TDDB Phenomena and Its Reliability Lifetime Model Development. Chen, F., et al. 44th Annual International Reliability Physics Symposium Proceedings, 2006 Mar 26-30, San Jose, California, , 46-53 (2006).
- Wu, W., Duan, X., Yuan, J. S. Modeling of Time-Dependent Dielectric Breakdown in Copper Metallization). IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 3 (2), 26-30 (2003).
- Achanta, R. S., Plawsky, J. L., Gill, W. N. A time dependent dielectric breakdown model for field accelerated low-k breakdown due to copper ions. Appl. Phys. Lett. 91 (23), 234106 (2007).
- Chen, F., Shinosky, M. Soft breakdown characteristics of ultralow-k time-dependent dielectric breakdown for advanced complementary metal-oxide semiconductor technologies. J. Appl. Phys. 108 (5), 054107 (2010).
- An Experimental Methodology for the In-Situ Observation of the Time-Dependent Dielectric Breakdown Mechanism in Copper/Low-k On-Chip Interconnect Structures. Yeap, K. B., et al. 51st Annual International Reliability Physics Symposium, , (2013).
- Yeap, K. B., et al. In situ study on low-k interconnect time-dependent-dielectric-breakdown mechanisms). J. Appl. Phys. 115 (12), 124101 (2014).
- Liao, Z. Q., et al. In-situ Study of the TDDB-Induced Damage Mechanism in Cu/Ultra-low-k Interconnect Structures. Microelectron. Eng. In Press, (2014).
- Liao, Z. Q., et al. A New In Situ Microscopy Approach to Study the Degradation and Failure Mechanisms of Time-Dependent Dielectric Breakdown: Set-Up and Opportunities. Adv. Eng. Mater. 16 (5), 486-493 (2014).
- Lee, Z., Meyer, J. C., Rose, H., Kaiser, U. Optimum HRTEM image contrast at 20 kV and 80 kV-Exemplified by graphene. Ultramicroscopy. 112 (1), 39-46 (2012).
- Bell, D. C., Russo, C. J., Kolmykov, D. V. 40 keV atomic resolution TEM. Ultramicroscopy. 114, 31-37 (2012).
- Kaiser, U., et al. Transmission electron microscopy at 20 kV for imaging and spectroscopy. Ultramicroscopy. 111 (8), 1239-1246 (2011).
- Egerton, R. F. Control of radiation damage in the TEM. Ultramicroscopy. 127, 100-108 (2013).
- Jiang, N. Damage mechanisms in electron microscopy of insulating materials. J. Phys. D: Appl. Phys. 46, 305502 (2013).
- Buban, J. P., Ramasse, Q., Gipson, B., Browning, N. D., Stahlberg, H. High-resolution low-dose scanning transmission electron microscopy. J. Electron Microsc. 59 (2), 103-112 (2010).
- Egerton, R. F., Li, P., Malac, M. Radiation damage in the TEM and SEM. Micron. 35 (6), 399-409 (2004).
