Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

In Situ in funzione del tempo di rottura dielettrico nel Transmission Electron Microscope: A Con possibilità di capire il meccanismo Fallimento in dispositivi microelettronici

Published: June 26, 2015 doi: 10.3791/52447

Introduction

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 anni. L'uso di basso k / Ulk materiali comporta varie sfide nel processo di fabbricazione e di affidabilità del prodotto, in particolare se il campo di interconnessione raggiunge circa 100 nm o meno 4-6.

TDDB riferisce al meccanismo di rottura fisica di un materiale dielettrico in funzione del temposotto un campo elettrico. Il test di affidabilità TDDB viene solitamente eseguita in condizioni accelerate (campo elettrico elevato e / o temperatura elevata).

La TDDB in on-chip stacks interconnessione è uno dei meccanismi di guasto più critici per i dispositivi microelettronici, che ha già sollevato preoccupazioni intensi nella comunità affidabilità. Si continuerà ad essere al centro dell'attenzione degli ingegneri di affidabilità da dielettrici Ulk con ancora più deboli proprietà elettriche e meccaniche vengono integrati nei dispositivi di nodi tecnologici avanzati.

Esperimenti dedicati sono stati condotti per indagare il meccanismo di rottura TDDB 7-9, ed una notevole quantità di sforzo è stato investito per sviluppare modelli che descrivono la relazione tra campo elettrico e la durata dei dispositivi 10-13. Gli studi esistenti beneficio della comunità degli ingegneri di affidabilità in microelettronica; tuttavia, molti Challenesistono ancora GES e molte domande ancora devono essere risolte in dettaglio. Ad esempio, i modelli collaudati per descrivere il meccanismo di fallimento e di degradazione cinetica fisici nel processo TDDB e la rispettiva verifica sperimentale sono ancora carenti. Di particolare esigenza, è necessario un modello più opportuno sostituire la √E modello conservatore 14.

Come una parte molto importante delle indagini TDDB, analisi tipico fallimento si trova ad affrontare una sfida senza precedenti, cioè, fornire la prova completa e difficile da spiegare la fisica del meccanismi di guasto e di cinetica di degradazione. A quanto pare, il controllo di milioni di vias e metri di scala nanometrica linee Cu uno per uno ed ex situ esponendo il sito fallimento non è la scelta appropriata di ostacolo a questa sfida, perché richiede molto tempo, e solo informazioni limitate sui cinetica del meccanismo di danno può essere fornito. Pertanto, un compito urgente è emersa per sviluppare unnd per ottimizzare gli esperimenti e per ottenere una procedura migliore per studiare i meccanismi di rottura TDDB e cinetica di degradazione.

In questo lavoro, dimostreremo in situ metodologia sperimentale per indagare il meccanismo di fallimento TDDB in Cu / Ulk stack di interconnessione. Un TEM con la capacità di immagini di alta qualità e dell'analisi chimica viene utilizzata per studiare il processo cinetica in strutture di test dedicati. Il test elettrico in situ è integrato nella esperimento TEM per fornire un campo elettrico elevato al dielettrici. Una struttura su misura "da punta a punta", costituita da interconnessioni Cu completamente incapsulato e isolato da un materiale ULK, è stato progettato nel nodo tecnologia CMOS a 32 nm. La procedura sperimentale qui descritto può essere esteso anche ad altre strutture di dispositivi attivi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Preparazione del campione per la Focused Ion Beam (FIB) assottigliamento (Figura 1)

  1. Cleave l'intero wafer in piccoli chip (circa 10 mm x 10 mm) con uno scriba diamante.
  2. Segnare le posizioni della struttura "da punta a punta" sui chip.
  3. 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.
  4. 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 anello e la fase di campionamento di rame.
    Nota: Quando si maneggia il campione, assicurarsi di indossare sempre un braccialetto antistatico per evitare scariche elettrostatiche, che possono danneggiare la struttura sensibile nel campione.

2. FIB assottigliamento nel microscopio elettronico a scansione (Figura 2)

  1. Mettere il campione ottenuto nel passaggio 1 su unn SEM fase del campione e inserire il palco con cautela nel SEM.
  2. Scegliere la modalità di deposizione, e impostare le dimensioni (area e spessore) dello strato di protezione Pt necessario. Utilizzare sempre un fascio di ioni 30 kV per mantenere la massima precisione. Tune la corrente per ottenere l'efficienza soddisfatto, dipendente dalle dimensioni del livello Pt necessario.
    1. Depositare una linea Pt a contattare uno pad allo stadio Cu (potenziale di terra). Successivamente, depositare uno spesso strato di Pt in cima alla struttura "punta-punta", che è molto importante per ridurre al minimo il danno litio durante il processo di assottigliamento FIB e rafforzare il sottile lamelle. Si tratta di una procedura standard utilizzata in preparazione FIB.
    2. Fare attenzione a non introdurre percorsi conduttivi tra i due pad sulla parte superiore della struttura "da punta a punta", attraverso lo strato di Pt quando si esegue la deposizione Pt. Qualsiasi percorso conduttivo si corto circuito elettrico (Figura 2A e B).
  3. FIB fresatura
    1. Utilizzare una tensione di 30 kV e corrente di 10 pA per il taglio finale. Thin barra di destinazione in un TEM lamella H-bar con uno spessore compreso tra 150 e 180 nm.
    2. Tagliare una tacca vicino al pad (V + pad), che sarà toccato da una punta del trasduttore nel TEM. Utilizzare la tacca come un indicatore per identificare il pad corretta nel TEM.

3. Il campione di trasferimento dal SEM al TEM

  1. Indossare il braccialetto antistatico prima di toccare il campione.
  2. Smontare il campione H-bar preparata dal palco SEM. Mantenere il campione sul palco Cu durante la rimozione dal SEM.
  3. Fissare la fase Cu sul supporto TEM. Spostare la punta del trasduttore del titolare TEM vicino alla struttura di test (alcune centinaia di micrometri distanza dalla struttura di test) al microscopio ottico.
    1. Inserire il supporto TEM nel TEM attenzione. Non utilizzare alcun trattamento di pulizia (es pulizia plasma) durante il trprocesso ansfer, altrimenti le lamelle può essere influenzato.
  4. Mantenere il tempo per il trasferimento del campione entro 15 minuti o più breve per evitare troppa esposizione all'umidità ambientale e ossigeno.

4. Stabilire il collegamento elettrico (Figura 3)

  1. Collegare il titolare TEM al sistema di controllo e il SourceMeter. Poi accendere il sistema di controllo e il SourceMeter.
  2. Monitorare la punta del trasduttore nel TEM quando si fa l'approccio grossolano della punta del trasduttore alla struttura di prova sintonizzando le manopole sul supporto TEM.
    1. Spostare la punta del trasduttore del titolare TEM vicino al pad V + (≤ 500 nm). Portare la punta del trasduttore allo stesso livello (Z: altezza) come pad. Tune la posizione della punta e rendere la punta rivolto verso il centro della V + pad.
  3. Contattare la punta del trasduttore al pad V +. Impostare una bassissima tensione sulla punta (0,5 V a circa 1 V) mentre si avvicina il pad. Monitorare il simultaneo di correnteusly per assicurarsi che si stabilisce il contatto.

5. In Situ TDDB Experiment

  1. Utilizzare una tensione di 200 kV di accelerato nel TEM. Spostare il fascio di elettroni per l'area di interesse; scegliere un ingrandimento adeguato e fuoco l'immagine.
  2. Utilizzare bassa illuminazione passaggi (≤ 8) per ridurre i danni del fascio sulla struttura di prova. Utilizzare una apertura del condensatore di localizzare la zona di illuminazione solo all'interno della parte sottile del campione H-bar.
  3. Applicare una tensione costante (≤ 40 V) sulla struttura "da punta a punta" con il SourceMeter durante la registrazione delle immagini TEM in situ (2-3 fotogrammi / sec). Registrare automaticamente le immagini utilizzando un codice di autoregolamentazione script, ad esempio, utilizzando il software DigitalMicrograph.
  4. Pausa l'esperimento vedendo una diffusione apparente di metallo nei dielettrici Ulk e fare il Electron Spectroscopic Imaging (ESI) analisi chimica.
    1. Inserire l'apertura del filtro a fessura nel Omegun filtro di energia nel TEM.
    2. Tune la larghezza dell'apertura filtro limo per ottenere una larghezza di energia adeguata (10-20 eV) nello spettro degli elettroni perdita di energia (EELS).
    3. Spostare l'energia per il picco di assorbimento di rame M-edge nei EELS.
    4. Torna alla modalità di imaging per acquisire un'immagine TEM energia filtrata alla M-edge picco di assorbimento Cu.
    5. Spostare l'energia per la pre-bordo del M-bordo di rame e ricevere un'altra immagine TEM energia filtrata.
    6. Correggere la deriva del campione tra le due immagini.
    7. Dividete la prima immagine dalla seconda per ottenere l'immagine rapporto tra salto di Cu.
  5. Continua l'esperimento TDDB: riapplicare una tensione costante (≤ 40 V) sulla struttura "da punta a punta" con il SourceMeter e registrare le immagini TEM.

6. Tomografia Computerizzata

  1. Eseguire TEM tomografia computerizzata quando l'esperimento TDDB è finito, per ottenere informazioni sulla distribuzione 3D sulla diparticelle ffused.
  2. Inclinare il campione e registrare una serie di inclinazione di 138 °. Utilizzare un passo inclinazione di 1 °, e registrare l'immagine in ogni fase in modalità STEM in campo chiaro (BF).
  3. Ricostruire la serie (include allineamento immagini, determinando asse di ribaltamento, ricostruendo volume e segmentazione per formare il volume tomografica 3D).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 particelle di Cu diffuse nei dielettrici Ulk sono mostrati nell'immagine BF TEM dopo la rottura finale (Figura 4B).

In un campione impeccabile, cioè, il trasferimento rapido tra la preparazione FIB e TEM di imaging (Figura 5A), la struttura di "punta-punta" è intatto, senza alcun danno nella barriera TaN / Ta. La stessa tensione (40 V) è stata applicata a questo campione. Questo campione è sopravvissuto per più di 50 minuti fino a quandola ripartizione si è verificato a causa del intatta barriera TaN / Ta. L'immagine TEM dopo solubilizzazione è mostrato nella Figura 5B. A quanto pare, gli atomi di metallo migrati in SiO 2 dal basso del metallo M1, con un potenziale positivo indicato da una freccia rossa 17. L'analisi chimica ESI (Figura 5C) dimostra che vi è un percorso di migrazione di Cu all'interfaccia frattura tra lo strato SiCN ei dielettrici Ulk, che non possono essere rilevati dal contrasto dell'immagine BF TEM in Figura 5B. La combinazione di analisi chimica ESI e nell'esperimento TDDB situ nel TEM permette un'indagine del meccanismo di rottura TDDB e cinetica di degradazione 15-16 in un modo più diretto e completo.

Tomografia è una scelta per caratterizzare la distribuzione 3D di particelle di Cu che diffuse fuori dal lato positivo della struttura "punta-punta". Figura6B rappresenta una fetta di 3D rendering del campione acquisita da tomografia computerizzata nel TEM. Le particelle gialle rappresentano le particelle di Cu migrati nel SiO 2.

Figura 1
Figura 1. immagini schematiche dell'esperimento prima che il campione è messo nel microscopio elettronico a scansione (SEM). (A) Un wafer completa. (B) Un chip dalla piena wafer. (C) Una barra bersaglio con una struttura "da punta a punta" su un mezzo anello Cu che è incollato su un palco campione. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2
Figura 2. Un campione H-bar fabbricato dalla tecnica fascio ionico focalizzato (FIB) nella SEM e una immagine schematica della struttura "punta-punta". (A) e (B) nel SEM. (C) Gli schemi di una struttura "da punta a punta". Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
Figura 3. Apparato sperimentale nel microscopio elettronico a trasmissione (TEM). (A) immagine schematica del processo avvicinamento contatto. (B) STEM immagine del setup prima della nell'esperimento situ TDDB. Cliccate qui per vedere una versione più grande di thè figura.

Figura 4
Immagini Figura 4. Rappresentante TEM per una struttura "da punta a punta" con diffusa Cu nei dielettrici Ulk prima della nell'esperimento situ. (A) Prima del test elettrico. (B) Dopo il test elettrico. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5
Figura 5. Rappresentante immagini TEM per una struttura perfetta "da punta a punta". Immagine (A) Campo chiaro (BF) TEM prima del test elettrico. (B) immagine BF TEM dopo il test elettrico. (C) ElECTRON immagine spettroscopica della distribuzione Cu. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 6
Figura 6. immagine STEM e 3D rendering di una struttura "da punta a punta" dopo il test elettrico. (A) immagine STEM. (B) 3D rendering del campione acquisita da tomografia computerizzata a TEM (Blu: struttura "da punta a punta", Giallo: le particelle di Cu, Verde: struttura Transistor sotto).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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 di macinazione; (2) C'è ancora uno strato relativamente spesso Pt (≥ 400 nm) sulla parte superiore del campione sinistra dopo la macinazione, protegge il campione fragile da tensioni interne ed esterne e minimizza il contributo di stress alla rottura dielettrica nel prossimo TDDB esperimento; (3) Le dimensioni non deve essere troppo grande, altrimenti un percorso conduttivo può formare tra le due pastiglie che vengono utilizzati per applicare la tensione alla struttura di test. Inoltre, il passaggio chiave è quando interrompere il fascio di ioni del taglio finale.La fresatura di ioni deve essere interrotto non appena un "dummy" struttura di interconnessione Cu appositamente davanti prova struttura scompare, perché le centrali interconnessioni Cu consistono struttura "punta-punta" e non vi è solo ~ 60 nm spazio tra li. Sarà troppo tardi se la struttura "punta-punta" appare nell'immagine live SEM. Lo spessore del H-bar TEM lamelle è destinata ad essere di circa 150 a 180 nm. Questo spessore permette trasparenza elettroni nel TEM a 200 kV tensione di accelerazione e mantiene anche un relativamente spesso dielettrico sui lati che racchiudono la struttura "punta-punta". D'altra parte, lo spessore del campione di 150-180 nm causeranno significativa scattering anelastico multiple durante l'analisi chimica ESI, quindi, questi effetti devono essere considerati nell'analisi risultato pure.

Quando si maneggia o trasferire il campione, indossare un polso stra antistaticap. Questo è molto importante, dal momento che il danno scariche elettrostatiche su diversi campioni è stata osservata nel nostro esperimento, se il bracciale antistatico non è stato indossato. La fase di trasferimento più importante è il trasferimento dal SEM al TEM. Il tempo di trasferimento deve essere strettamente limitato entro 15 min o meno. Un lungo tempo di esposizione del campione in aria ambiente può assorbire l'umidità e danneggiare la struttura "punta-punta", un esempio è mostrato in Figura 4A. Questo campione è stato conservato in aria ambiente per due settimane prima della prova. La violazione barriera TaN / Ta influenza il meccanismo di rottura intrinseca e riduce la durata della struttura di test. Massive Cu diffusione è quindi attivata.

Una preoccupazione per lo studio in situ TDDB nel TEM è il danno fascio sui dielettrici Ulk. Pertanto, è molto importante per ridurre al minimo l'influenza del fascio sul esperimento 18. Molte strategie possono essere scelti per ridurre questa influenza, ma puòNon essere eliminato completamente. Le opzioni possono essere classificati in tre approcci. Una possibilità è l'utilizzo di una piccola apertura del condensatore per ridurre la quantità totale di energia depositata nel H-bar tipo di campione 18. L'altra opzione è in funzione il TEM a bassa tensione (≤ 80 kV) 19-21 e / o basse dosi di elettroni 22-25. Questa opzione dovrebbe ridurre direttamente il danno fascio sul campione. Inoltre, la modalità di scansione TEM (STEM) può essere una tecnica di microscopia a basso dosaggio e, se i parametri sperimentali sono scelti corretto. Pertanto, la modalità STEM opportuno privilegiare se è un'opzione possibile nel TEM utilizzato. La scelta di bassa luminosità illuminazione e la registrazione delle immagini TEM con scelta, ragionevole intervallo di tempo (a basso dosaggio) si raccomanda inoltre 18 a provocare danni fascio ulteriormente ridotto.

Oltre alla intrinseca TDDB, la preparazione del campione TEM e l'osservazione TEM potrebbero teoricamente influire sul br finaleeakdown. Tuttavia, il meccanismo di danno TDDB osservato è ritenuto valido perché: (1) con meno irradiazione del fascio TEM (a basso dosaggio di imaging STEM, basso passo illuminazione e la registrazione di immagini ogni 30 minuti / 1 ora), il campione di prova ha dimostrato il fallimento simile meccanismi come nella precedente osservazione TEM (la registrazione di immagini in continuo, modo TEM relativamente ad alto dosaggio) 16-18; (2) il campo elettrico è stato confermato come motore e l'origine della migrazione di particelle metalliche 17 (Figura 5B e 6A) invertendo il collegamento elettrico; (3) migrazione di particelle metalliche e ripartizione dielettrica stati sia osservato a posizioni specifiche in cui la distanza punta-punta è relativamente piccola e la barriera Ta / Tan è relativamente sottile, non ovunque all'interno dell'area illuminazione del fascio TEM; (4) uno spesso strato di Pt deposizione sulla parte superiore del campione impedisce la maggior parte della contaminazione dalla impiantazione verticale di ioni Ga - la testruttura st si ritiene essere principalmente contaminazione libero anche se vi è una piccola quantità di contaminazione sulla superficie delle pareti laterali (60 nm) di danno laterale degli ioni Ga. Pertanto, la preparazione del campione e l'osservazione TEM non devono pregiudicare l'interpretazione del meccanismo di rottura intrinseca ad una quantità significativa.

La necessità di procedure sofisticate per la preparazione del campione e la configurazione sperimentale è probabilmente il principale svantaggio. Questa metodologia è applicabile solo per la struttura di test appositamente progettato. Pertanto, la progettazione ed il processo di fabbricazione complicato per la struttura di prova specifico portano a molto maggiori sforzi rispetto a metodologie di test convenzionali. Infine, è opportuno sottolineare che la modifica del campione mediante irradiazione del fascio nel TEM è inevitabile se il fascio di elettroni illumina il campione delicata per un tempo molto lungo. Tuttavia, crediamo che questa metodologia può enaBLE lo studio dei meccanismi di guasto TDDB e cinetica di degradazione.

Ulteriori sviluppi sulla esperimento può essere in grado di fornire dati quantitativi per la migrazione Cu nei dielettrici in funzione della tensione e / o il tempo applicata e contribuire a sviluppare un modello più appropriato per le Cu / Ulk su chip stacks interconnessione. Nel nostro studio, il segnale ESI di un ponte Cu nella parte inferiore dello strato SiCN come mostrato in Figura 5C indica chiaramente il fatto che Cu molto probabilmente diffuso lungo la principale dielettrico interfaccia / SiCN. Questa superficie superiore del dielettrico principale è influenzata dal processo di planarizzazione e dovrebbe avere la più alta quantità di imperfezioni / difetti, quindi portando ad una interfaccia relativamente debole con lo strato SiCN. Processi diffusivi, consentendo movimento significativo Cu, dovrebbero verificarsi lì. Il meccanismo di conduzione elettronica, che precede la diffusione Cu e causando danni dielettrico, dovrebbe seguire il comportamento Poole-Frenkel, therefore favorendo la √E-modello. Una deviazione da questo modello non può essere desunta con il metodo sperimentale qui proposto ancora a causa delle grandi pregiudizi necessarie per consentire i tempi di prova ragionevoli. Va notato, tuttavia, che l'abbassamento della tensione applicata e conseguente campi elettrici dovrebbe essere uno dei futuri compiti nella raffinazione metodologia sperimentale qui descritta. Pregiudizi operativi di chip effettivo sono dell'ordine di 1 a 3 V. Le tensioni applicate qui sono piuttosto alto, quindi altri effetti possono svolgere un ruolo più dominante a tensioni elevate. A tal fine, nuove strutture di test sono stati progettati che hanno una spaziatura significativamente ridotto dell'ordine di da 20 a 50 nm. Poi, tensioni più piccoli possono essere applicati ed i dati sperimentali possono ancora essere acquisiti in un ragionevole lasso di tempo. Il movimento di Cu, eventualmente eliminato a basse distorsioni a causa dell'esistenza di una soglia per danni dielettrico a verificarsi, potrebbe quindi essere caratterizzata come una funzione di tempo e di polarizzazione applicata. Questi sforzi will essere parte di un prossimo studio e potrebbe provare o smentire il modello urti, che dal punto di vista meccanismo di danno fisico è attualmente il modello più probabile per descrivere gli effetti TDDB a basse distorsioni 10.

Potrebbe essere adottato trasmissione di raggi X Microscopy (TXM) per questo esperimento e se la risoluzione spaziale potrebbe essere migliorata a molto meno di 10 nm. Ancora più importante, una migliore capacità di trasmissione e di dose di radiazioni inferiore rispetto al TEM possono migliorare la sua applicazione su altri dispositivi microelettronici attivi.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Edelstein, D., et al. Full Copper Wiring in a Sub-0.25 µm CMOS ULSI Technology. IEDM Tech. Dig. , 773-776 (1997).
  2. List, S., Bamal, M., Stucchi, M., Maex, K. A global view of interconnects. Microelectron. Eng. 83 (11/12), 2200-2207 (2006).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Yeap, K. B., et al. In situ study on low-k interconnect time-dependent-dielectric-breakdown mechanisms). J. Appl. Phys. 115 (12), 124101 (2014).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Bell, D. C., Russo, C. J., Kolmykov, D. V. 40 keV atomic resolution TEM. Ultramicroscopy. 114, 31-37 (2012).
  21. Kaiser, U., et al. Transmission electron microscopy at 20 kV for imaging and spectroscopy. Ultramicroscopy. 111 (8), 1239-1246 (2011).
  22. Egerton, R. F. Control of radiation damage in the TEM. Ultramicroscopy. 127, 100-108 (2013).
  23. Jiang, N. Damage mechanisms in electron microscopy of insulating materials. J. Phys. D: Appl. Phys. 46, 305502 (2013).
  24. 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).
  25. Egerton, R. F., Li, P., Malac, M. Radiation damage in the TEM and SEM. Micron. 35 (6), 399-409 (2004).

Tags

Ingegneria emissione 100 dielettrici cinetica ripartizione di affidabilità di interconnessione in rame di degradazione dipendente dal tempo, ultra-low-k (ULK) materiale
<em>In Situ</em> in funzione del tempo di rottura dielettrico nel Transmission Electron Microscope: A Con possibilità di capire il meccanismo Fallimento in dispositivi microelettronici
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Liao, Z., Gall, M., Yeap, K. B.,More

Liao, Z., Gall, M., Yeap, K. B., Sander, C., Clausner, A., Mühle, U., Gluch, J., Standke, Y., Aubel, O., Beyer, A., Hauschildt, M., Zschech, E. In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices. J. Vis. Exp. (100), e52447, doi:10.3791/52447 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter