Waiting
Login processing...

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

Engineering

In Situ Tidsafhængig Dielektriske Opdeling i Transmission Electron Microscope: En Mulighed for at forstå Manglende Mechanism i mikroelektroniske indretninger

Published: June 26, 2015 doi: 10.3791/52447

Introduction

Da Cu interconnects først blev indført i den ultra-storstilet integration (ULSI) teknologi i 1997 1, lav-k og ultra-low-k (Unges) dielektrika er blevet vedtaget i back-end-of-line (BEoL) som de isolerende materialer mellem on-chip interconnects. Kombinationen af nye materialer, fx Cu for reduceret modstand og lav k / Unges dielektrikum for lavere kapacitans, overvinder virkningerne af øget modstand-kapacitans (RC) forsinkelse som følge af interconnect dimensionelle krympning 2, 3. Men denne fordel indgreb af den fortsatte aggressive skalering af mikroelektroniske indretninger i de seneste år. Brug af lav-k / Unges materialer resulterer i forskellige udfordringer i fremstillingsprocessen og for produktet pålidelighed, især hvis interconnect banen når omkring 100 nm eller mindre 4-6.

TDDB er det fysiske svigt mekanismen af ​​et dielektrisk materiale som funktion af tidenunder et elektrisk felt. Den TDDB pålidelighed test udføres sædvanligvis under accelererede betingelser (forhøjet elektrisk felt og / eller forhøjet temperatur).

Den TDDB i on-chip interconnect stakke er en af ​​de mest kritiske brudmekanismer for mikroelektroniske anordninger, som allerede har rejst intense bekymringer i pålideligheden samfund. Det vil fortsat være i søgelyset af pålidelighed ingeniører siden Unges dielektrikum med endnu svagere elektriske og mekaniske egenskaber er ved at blive integreret i enhederne i avanceret teknologi noder.

Dedikerede forsøg er blevet udført for at undersøge den TDDB fejlmekanisme 7-9, og en betydelig mængde energi er blevet brugt til at udvikle modeller, der beskriver forholdet mellem elektriske felt og levetid af indretningerne 10-13. De eksisterende undersøgelser til gavn for samfundet af pålidelighed ingeniører i mikroelektronik; imidlertid mange ChallenGES eksisterer stadig og stadig har brug for at blive besvaret i detaljer mange spørgsmål. For eksempel, at gennemprøvede modeller beskrive de fysiske svigt mekanisme og nedbrydningskinetikken i TDDB processen og den respektive eksperimentel verifikation mangler stadig. Som et særligt behov, er en mere passende model er nødvendig for at erstatte den konservative √E-model 14.

Som en meget vigtig del af TDDB undersøgelse, typisk fejlanalyse står over for en hidtil uset udfordring, dvs give omfattende og håndfaste beviser for at forklare fysik brudmekanismer og nedbrydningsprodukter kinetik. Tilsyneladende, inspektion millioner af vias og meter nanoskala Cu linier én efter én og ex situ billeddannelse svigt site er ikke det rette valg at hurdle denne udfordring, fordi det er meget tidskrævende, og kun begrænsede oplysninger om kinetikken for den skade mekanismen kan tilvejebringes. Derfor har en presserende opgave opstået for at udvikle ennd optimere eksperimenter og for at få en bedre procedure for at studere TDDB brudmekanismer og nedbrydningsprodukter kinetik.

I dette papir vil vi demonstrere en in situ eksperimentel metode til at undersøge TDDB fiasko mekanisme Cu / Unges interconnect stakke. Et TEM med evnen af ​​høj kvalitet og kemisk analyse anvendes til at undersøge den kinetiske proces på dedikerede test strukturer. In situ elektrisk test er integreret i TEM eksperiment for at tilvejebringe en forhøjet elektrisk felt til dielektrika. En skræddersyet "tip-til-tip" struktur, der består af fuldt indkapslede Cu interconnects og isoleret af en ulk materiale, er designet i 32 nm CMOS-teknologi node. Den eksperimentelle procedure der er beskrevet her, kan også udvides til andre strukturer i aktive enheder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Forberedelse af prøve for Fokuseret Ion Beam (FIB) Udtynding (figur 1)

  1. Spalte fulde wafer i små chips (~ 10 mm x 10 mm) med en diamant skriveren.
  2. Markere positionerne af "tip-to-tip" struktur på chips.
  3. Saw chippen med en terningopskæringen maskine til at få barer i 60 pm med 2 mm størrelse. Linjen omfatter "tip-to-tip" struktur i midten.
  4. Lim målet bar på en Cu halv ring ved hjælp af superlim. Dernæst lim bar på en Cu prøve stadium også ved hjælp af superlim. Brug derefter sølv pasta til at indstille ledning mellem den halve ringen og kobber prøven fase.
    Bemærk: Ved håndtering af prøven, skal du sørge for altid at bære en antistatisk håndledsstrop at forhindre elektrostatiske udladninger, som kan skade den følsomme struktur i prøven.

2. FIB Udtynding i Scanning Electron Microscope (figur 2)

  1. Sætte prøven opnået i trin 1 på enn SEM prøve scenen og placere scenen forsigtigt ind i SEM.
  2. Valgte deposition tilstand, og oprette dimensionerne (område og tykkelse) af det nødvendige Pt beskyttelseslag. Brug altid en 30 kV ionstråle at opretholde den højeste præcision. Justering af det nuværende at få opfyldt effektivitet, afhængig af dimensionerne af den nødvendige Pt lag.
    1. Deponere en Pt linje til at kontakte en pude til Cu etape (jordpotentiale). Efterfølgende deponere et tykt Pt lag oven på "tip-to-tip" struktur, som er meget vigtigt at minimere ion beskadigelse under FIB udtynding proces og styrke den tynde lamel. Dette er en standard procedure, der anvendes i FIB forberedelse.
    2. Tage forsigtighed for ikke at indføre nogen ledende baner mellem de to puder oven på "tip-to-tip" struktur gennem Pt laget ved udførelse Pt deposition. Alle ledende bane vil kort det elektriske kredsløb (figur 2A og B).
  3. FIB fræsning
    1. Brug en spænding på 30 kV og strøm på 10 pA ved den endelige cut. Tynd målet bar i en H-bar TEM lamel med en tykkelse på mellem 150 og 180 nm.
    2. Skære et hak tæt på puden (V + pad), som vil blive berørt af en transducerspidsen i TEM. Brug hak som en markør for at identificere den korrekte pad i TEM.

3. Prøve Transfer fra SEM til TEM

  1. Sat på antistatisk armbånd, før du rører prøven.
  2. Afmonter forberedt H-bar prøve fra SEM scenen. Hold prøven på Cu scenen, når du fjerner det fra SEM.
  3. Fastgør Cu scenen på TEM holderen. Flytte transduceren spidsen af ​​TEM indehaveren tæt på prøve struktur (et par hundrede mikrometer væk fra testen struktur) under det optiske mikroskop.
    1. Sæt TEM holderen i TEM omhyggeligt. Må ikke udnytte nogen form for rengøring (fx plasma rengøring) behandling under transfer proces, ellers lamellen kan påvirkes.
  4. Holde tiden for overførsel prøven inden for 15 min eller kortere for at undgå for meget eksponering for omgivende fugtighed og oxygen.

4. Etablering af Elektrisk tilslutning (Figur 3)

  1. Slut TEM indehaveren til sit styresystem og SourceMeter. Tænd derefter styresystemet og SourceMeter.
  2. Overvåg transducerspidsen i TEM, når du laver den grove tilgang transducerspidsen på prøve struktur ved tuning grebene på TEM holder.
    1. Flytte transduceren spidsen af ​​TEM indehaveren tæt på V + pude (≤ 500 nm). Bringe transducerspidsen til det samme niveau (Z: højde) som puden. Tune positionen af ​​spidsen og gøre spidsen står midten af ​​V + pad.
  3. Kontakt transducerspidsen til V + pad. Sat en meget lav spænding på spidsen (0,5 V til ca. 1 V), mens nærmer puden. Overvåge den aktuelle simultaneously at sikre kontakten er etableret.

5. In situ TDDB Experiment

  1. Brug en accelereret spænding på 200 kV i TEM. Flyt elektronstråle til området af interesse; vælge en ordentlig forstørrelse og fokusere billedet.
  2. Anvende lave belysningsstyrke trin (≤ 8) for at reducere strålen skader på teststrukturen. Brug en kondensator blænde for at lokalisere belysningen område kun inden den tynde del af H-bar prøve.
  3. Påfør en konstant spænding (≤ 40 V) på "tip-til-tip" struktur ved hjælp af SourceMeter mens TEM billeder in situ (2-3 billeder / sek) optagelse. Optage billeder automatisk ved hjælp af en selv-scripted kode, f.eks, ved hjælp af DigitalMicrograph software.
  4. Pause eksperimentet når at se en tilsyneladende diffusion af metal ind i Unges dielectrics og gøre det Electron Spektroskopiske Imaging (ESI) kemisk analyse.
    1. Sæt filteret slids blænde ind i OMEGen energi-filter i TEM.
    2. Tune bredden af ​​filteret silt blænden for at få en ordentlig energi bredde (10-20 eV) i elektronen energitab spektrum (EELS).
    3. Skift energien til kobber M-kant adsorption højdepunkt i ål.
    4. Gå tilbage til billedbehandlingstype at erhverve en energi filtreret TEM billede på Cu M-kant absorption højdepunkt.
    5. Skift energien til pre-kant kobber M-kant og få en anden energi filtreret TEM billede.
    6. Korrigere drift af prøven mellem de to billeder.
    7. Opdele det første billede af den anden for at få hoppe forholdet billede af Cu.
  5. Fortsæt TDDB eksperiment: genanvende en konstant spænding (≤ 40 V) på "tip-til-tip" struktur ved hjælp af SourceMeter og optage TEM billeder.

6. Computed Tomography

  1. Udfør TEM computertomografi når TDDB eksperimentet er færdig, for at få 3D-distributionen oplysninger om diffused partikler.
  2. Vip prøven og optage et tilt serie af 138 °. Brug en tilt trin på 1 °, og optag billedet under hvert skridt i det lyse felt (BF) STEM mode.
  3. Rekonstruere serien (inkluderer tilpasse billeder, bestemme tilt akse, rekonstruktion volumen og segmentering for at danne 3D tomografisk volumen).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 4 viser lyse felt (BF) TEM billeder fra en in situ test. Der er delvist overtrådt TaN / Ta barrierer og præ-eksisterende Cu-atomer i Unges dielectrics før den elektriske test (Figur 4A) på grund af udvidet opbevaring i omgivelserne. Efter kun 376 sekunder ved 40 V, det dielektriske opdeling startede og var ledsaget med to store migration veje for kobber fra M1 metal, der har et positivt potentiale i forhold til jorden side 15-16. Det diffuse Cu partikler i de Unges dielektrika er vist i BF TEM billedet efter den endelige fordeling (figur 4B).

I en fejlfri prøve, dvs hurtig overførsel mellem FIB forberedelse og TEM imaging (figur 5A), den "tip-til-tip" struktur er intakt uden skader i Tan / Ta barriere. Den samme spænding (40 V) blev anvendt til dette eksempel. Denne prøve overlevede i mere end 50 min, indtilfordelingen opstået på grund af den intakte TaN / Ta barriere. TEM billede efter opdeling er vist i figur 5B. Tilsyneladende metalatomer migreret ind i SiO2 fra det nederste hjørne af M1 metal, der har et positivt potentiale angivet med en rød pil 17. ESI kemisk analyse (figur 5C) viser, at der er en migreringsvej af Cu på frakturstedet grænseflade mellem SiCN lag og de ​​Unges dielektrika, som ikke kunne påvises fra kontrasten i BF TEM billedet i figur 5B. Kombinationen af ESI kemisk analyse og in situ TDDB eksperiment i TEM muliggør en undersøgelse af TDDB fejlmekanisme og nedbrydningskinetikken 15-16 på en mere direkte og omfattende måde.

Tomografi er et valg at karakterisere 3D fordeling af Cu partikler, som diffunderede ud fra den positive side af "tip-til-tip" struktur. Figur6B viser en skive af en 3D-gengivelse af prøven erhvervet af computertomografi i TEM. De gule partikler repræsenterer de migrerede Cu partikler i SiO2.

Figur 1
Figur 1. Skematisk billeder af forsøget, før prøven anbringes i scanningselektronmikroskop (SEM). (A) En fuld wafer. (B) En chip fra den fulde wafer. (C) Et mål bar med en "tip-til-tip" struktur på en Cu halv ring, som er limet på en prøve scene. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2. En H-bar prøve fremstillet ved den fokuserede ionstråle (FIB) -teknik i SEM og en skematisk billede af "tip-to-tip" struktur. (A) og (B) i SEM. (C) De skemaer af en "tip-til-tip" struktur. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3. Eksperimentel opsætning i transmissions elektron mikroskop (TEM). (A) Skematisk billede af kontakten nærmer processen. (B) STEM billede af opsætningen før in situ TDDB eksperiment. Klik her for at se en større version af ther figur.

Figur 4
Figur 4. Repræsentant TEM billeder for en "tip-til-tip" struktur med diffust Cu i Unges dielectrics før in situ forsøg. (A) Før den elektriske test. (B) Efter den elektriske test. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5
Figur 5. Repræsentant TEM billeder for en fejlfri "tip-til-tip" struktur. (A) Bright felt (BF) TEM billede, inden den elektriske test. (B) BF TEM billede efter den elektriske test. (C) Electron spektroskopiske billede af Cu distribution. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 6
Figur 6. STEM billede og 3D-gengivelse af en "tip-til-tip" struktur efter den elektriske test. (A) STEM billede. (B) 3D-rendering af prøven erhvervet af computertomografi i TEM (blå: "Tip-til-tip" struktur, Gul: Cu-partikler, Grøn: Transistor struktur beneath).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Forudsætningen for succes i TDDB eksperiment er god prøvefremstilling, især i FIB fræsning proces i SEM. Dels et tykt Pt lag oven på "tip-to-tip" struktur skal deponeres. Tykkelsen og størrelsen af ​​Pt laget kan justeres ved SEM operatør, men skal følge tre principper: (1) tykkelse og størrelse er nok til at beskytte målområdet mod skade ionstråle under hele formalingsprocessen; (2) Der er stadig et relativt tykt Pt lag (≥ 400 nm) på toppen af ​​prøven tilbage efter fræsning, det beskytter den fine prøve fra interne og eksterne belastninger og minimerer bidrag stress til den dielektriske nedbrydning i næste TDDB eksperiment; (3) Størrelsen bør ikke være for stor, ellers en ledende vej kan dannes mellem de to puder, der anvendes til at påføre spænding på prøve struktur. Endvidere nøglen trin er, når at stoppe ionstrålen af ​​den endelige cut.Ion fræsning skal straks afbrydes, når et specifikt designet Cu "dummy" interconnect struktur foran teststrukturen forsvinder, fordi de centrale Cu interconnects består af "tip-to-tip" struktur, og der er kun ~ 60 nm mellemrum mellem dem. Det vil være for sent, hvis den "tip-to-tip" struktur vises i levende SEM billede. Tykkelsen af ​​H-bar TEM lamel er målrettet til at være ca. 150 til 180 nm. Denne tykkelse giver elektron gennemsigtighed i TEM ved 200 kV acceleration spænding og også holder en forholdsvis tyk dielektrisk på siderne, som indkapsler de "tip-til-tip" struktur. På den anden side vil prøven tykkelser på 150-180 nm forårsage betydelig multipel uelastisk spredning under ESI kemisk analyse, derfor disse effekter skal overvejes i resultatet analyse samt.

Ved håndtering eller overførsel af prøven, bære en antistatisk håndled stras. Dette er meget vigtigt, da statisk elektricitet skader på flere prøver blev observeret i vores eksperiment, hvis antistatisk armbånd ikke var slidt. Det mest afgørende skridt overførslen er overførslen fra SEM til TEM. Køretiden skal være strengt begrænset inden for 15 minutter eller mindre. En lang tid eksponering af prøven i luften kan absorbere fugt og skade "tip-to-tip" struktur, er et eksempel vist i figur 4A. Denne prøve blev opbevaret i omgivende luft i to uger før prøven. Den tilsidesat TaN / Ta barriere påvirker den iboende manglende mekanisme og forkorter levetiden af ​​testen struktur. Massiv Cu diffusion derefter aktiveret.

En bekymring for in situ TDDB undersøgelse i TEM er strålen skader på Unges dielektrika. Derfor er det meget vigtigt at mindske virkningen af strålen på eksperimentet 18. Adskillige strategier kan vælges til at reducere denne påvirkning, men den kanikke elimineres fuldstændigt. Optionerne kunne kategoriseres i tre tilgange. En mulighed er at bruge en lille kondensator blænde for at reducere den samlede mængde energi deponeret i H-bar type prøve 18. Den anden mulighed er at drive TEM ved lav spænding (≤ 80 kV) 19-21 og / eller lav elektron dosis 22-25. Forventes denne mulighed for at direkte at reducere strålen skader på prøven. Endvidere kan scanning TEM (STEM) tilstanden være en lav dosis mikroskopi teknik samt, hvis de eksperimentelle parametre er valgt rigtigt. Således bør STEM tilstand prioriteres hvis det er en valgmulighed i TEM anvendes. Vælge lav belysning lysstyrke og registrering af TEM billeder med et udvalgt, rimelig interval tid (lav dosis) er også anbefales 18 til at resultere i yderligere reduceret stråle skader.

Bortset fra den iboende TDDB kunne præparat TEM prøven og TEM observation teoretisk påvirke det endelige breakdown. Imidlertid, at det TDDB skader mekanisme observeret menes være gyldig, fordi: (1) med meget mindre TEM bestråling (lav dosis STEM billeddannelse, lav belysning trin og lagring af billeder hver 30 min / 1 h), prøven viste lignende svigt mekanismer som i vores tidligere TEM observation (optagelse billeder kontinuerligt, relativt høje doser TEM-tilstand) 16-18; (2) det elektriske felt blev bekræftet som drivkraft og oprindelsen af migrationen af metalpartikler 17 (figur 5B og 6A) ved at vende den elektriske forbindelse; (3) migration af metalpartikler og dielektrisk blev begge observeret ved specifikke steder, hvor den spids-til-spids afstand er relativt lille og Ta / TaN barriere er relativt tyndt, ikke overalt inde belysningen område af TEM stråle; (4) et tykt lag af Pt aflejring på toppen af ​​prøven forhindrer størstedelen af ​​forureningen fra det vertikale implantation af Ga-ioner - TEst struktur menes at være primært kontamineringsfri selvom der er en lille mængde af forurening på overfladen af ​​sidevæggene (ca. 60 nm) fra den laterale beskadigelse af Ga ioner. Derfor bør prøveforberedelse og TEM observation ikke påvirke fortolkningen af ​​den iboende manglende mekanisme til at en betydelig mængde.

Behovet for sofistikerede procedurer for prøveforberedelse og forsøgsopstillingen er sandsynligvis den største ulempe. Denne metode gælder kun for specielt designet test struktur. Derfor kan designet og kompliceret fabrikationsproces for den særlige test struktur føre til helt større indsats sammenlignet med konventionelle testmetoder. Endelig er det værd at bemærke, at modifikationen af ​​prøven ved bestråling i TEM er uundgåelig, hvis elektronstrålen lyser den fine prøve i meget lang tid. Alligevel mener vi, at denne metode dåse enable studiet af TDDB brudmekanismer og nedbrydningsprodukter kinetik.

Videreudvikling af forsøget kan være i stand til at levere kvantitative data for Cu migration i dielektrikum som en funktion af påtrykt spænding og / eller tid og bidrage til at udvikle en mere hensigtsmæssig model for Cu / Unges on-chip interconnect stakke. I vores undersøgelse ESI signalet fra en Cu bro i bunden af SiCN lag som vist i figur 5C peger klart på, at Cu sandsynligvis diffunderer langs de vigtigste dielektriske / SiCN interface. Denne øverste overflade af den primære dielektriske påvirkes af planering proces og forventes at have den højeste mængde af ufuldkommenheder / defekter, derefter fører til en relativt svag grænseflade med SiCN laget. Diffusionssystemer processer, der gør det muligt markant Cu bevægelse, skulle opstå der. Den elektroniske ledning mekanisme, der går forud for Cu diffusion og fører til dielektriske skader, bør følge Poole-Frenkel adfærd, therefmalm begunstige den √E-modellen. En afvigelse fra denne model kan ikke udledes med her foreslåede eksperimentelle metode endnu på grund af de store skævheder, der er nødvendige for at muliggøre en rimelig test gange. Det skal dog bemærkes, at sænke de anvendte spændinger og deraf elektriske felter bør være en af ​​de fremtidige opgaver i raffinering her beskrevne eksperimentelle metode. Faktiske chip driftsbetingelser forspænder er af størrelsesordenen 1 til 3 V. De her anvendte spændinger er ganske højere, derfor andre virkninger kan spille en mere dominerende rolle ved de forhøjede spændinger. Til dette formål blev nye test strukturer designet som har en betydeligt reduceret afstand i størrelsesordenen 20 til 50 nm. Derefter kan de mindre spændinger anvendes og eksperimentelle data kan stadig erhverves i en rimelig tid. Bevægelsen af ​​Cu, muligvis elimineret ved lave bias på grund af eksistensen af ​​en tærskel for dielektrisk skader opstår, kunne derefter karakteriseres som en funktion af påført bias og tid. Disse bestræbelser will være en del af en kommende undersøgelse, og kunne bevise eller modbevise virkningen skader model, som fra en fysisk skade mekanisme perspektiv er i øjeblikket den mest sandsynlige model til at beskrive TDDB effekter ved lave fordomme 10.

Transmission X-Ray Microscopy (TXM) kunne vedtages til dette eksperiment så godt, hvis kunne forbedres den rumlige opløsning til meget mindre end 10 nm. Endnu vigtigere er, kan bedre transmission evne og dosis lavere stråling end i TEM øge sin ansøgning på andre aktive mikroelektroniske indretninger.

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

Engineering Time-afhængige dielektriske sammenbrud pålidelighed kobber interconnect nedbrydningskinetik, ultra-low-k (ulk) materiale
<em>In Situ</em> Tidsafhængig Dielektriske Opdeling i Transmission Electron Microscope: En Mulighed for at forstå Manglende Mechanism i mikroelektroniske indretninger
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