Introduction
מאז חיבורי Cu הוכנסו ראשית לטכנולוגית האינטגרציה אולטרה בקנה מידה גדולה (ULSI) בשנת 1997 1, נמוך-k ונמוך במיוחד k-חומרים דיאלקטריים (ULK) אומצו לתוך העורפי-של-קו (BEoL) כחומרי בידוד בין חיבורים על השבב. השילוב של חומרים חדשים, למשל, Cu להתנגדות מופחתת ונמוך-k חומרים דיאלקטריים / ULK לקיבול נמוך, מתגבר על ההשפעות של התנגדות-קיבול גדל (RC) עיכוב שנגרמו על ידי קישוריות ממדית הצטמקות 2, 3. עם זאת, הטבה זו הייתה פלש על ידי שינוי קנה המידה האגרסיבית המתמשכת של התקני מייקרו-אלקטרוניים בשנים האחרונות. השימוש נמוך-k / תוצאות חומרי ULK באתגרים שונים בתהליך הייצור ולאמינות המוצר, במיוחד אם המגרש הקישוריות מגיע כ -100 ננומטר פחות או 4-6.
TDDB מתייחס למנגנון הכשל הפיזי של חומר דיאלקטרי כפונקציה של זמןתחת שדה חשמלי. בדיקת אמינות TDDB מתבצעת בדרך כלל בתנאים מואצים (שדה מוגבה חשמל ו / או טמפרטורה גבוהה).
TDDB בשבב קישוריות ערימות הוא אחד מנגנוני כשל הקריטיים ביותר עבור מכשירי מייקרו-האלקטרוניים, שכבר העלו חששות אינטנסיביים בקהילת האמינות. זה ימשיך להיות באור הזרקורים של מהנדסי אמינות מאז חומרים דיאלקטריים ULK עם תכונות חשמליות ומכאניות אפילו חלשות משולבים לתוך המכשירים בבלוטות טכנולוגיה מתקדמות.
ניסויים ייעודיים בוצעו כדי לחקור את מנגנון כשל TDDB 7-9, וכמות משמעותית של מאמץ הושקעה בפיתוח מודלים המתארים את מערכת היחסים בין שדה וחיים חשמליים של ההתקנים 10-13. המחקרים הקיימים למען הקהילה של מהנדסי אמינות במייקרו-אלקטרוניקה; עם זאת, רב challenGES עדיין קיימות ושאלות רבות עדיין צריכה להיות ענתה בפירוט. לדוגמא, מודלים מוכחים כדי לתאר את קינטיקה מנגנון כשל והשפלה הפיסית בתהליך TDDB ואימות ניסיוני המתאים עדיין חסרות. כצורך מסוים, יש צורך במודל מתאים יותר להחליף √E-המודל השמרני 14.
כחלק חשוב מאוד של חקירת TDDB, ניתוח כישלון טיפוסי עומד בפני אתגר חסר תקדים, כלומר, מתן עדות מקיפה וקשה להסביר את הפיזיקה של מנגנוני כשל וקינטיקה השפלה. ככל הנראה, בדיקת מיליוני vias ומטר של קווי Cu ננו אחד על ידי אתר אחד ולשעבר הדמיה אתר הכישלון הוא לא הבחירה המתאימה למשוכת אתגר זה, כי זה זמן רב מאוד, ורק מידע מוגבל על קינטיקה של מנגנון הנזק יכול להיות מסופק. לכן, משימה דחופה התפתחה לפתחND כדי לייעל ניסויים ולקבל הליך טוב יותר כדי ללמוד את מנגנוני כשל TDDB וקינטיקה השפלה.
במאמר זה, נדגים במתודולוגיה ניסויית אתר כדי לחקור את מנגנון כשל TDDB בערימות קישוריות Cu / ULK. TEM עם היכולת של הדמיה באיכות גבוהה וניתוח כימי משמש ללמוד את התהליך הקינטית במבני בדיקה ייעודיים. בבדיקה חשמלית אתר משתלב בניסוי TEM לספק שדה חשמלי גבוה לחומרים דיאלקטריים. מבנה מותאם אישית "קצה-לקצה", בהיקף של חיבורי Cu מארז מלא ומבודד על ידי חומר ULK, נועד בצומת טכנולוגיית CMOS 32 ננומטר. הליך הניסוי המתואר כאן גם ניתן להרחיב מבנים אחרים בהתקנים פעילים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנת הדוגמה לאלומת יונים ממוקד (FIB) דליל (איור 1)
- קליב הרקיק המלא לשבבים קטנים (~ 10 מ"מ ב -10 מ"מ) עם סופר יהלומים.
- סמן את העמדות של המבנה "קצה-לקצה" על השבבים.
- ראה את השבב עם מכונת חיתוך להשיג ברים של 60 מיקרומטר לפי גודל 2 מ"מ. הבר כולל את המבנה "קצה-לקצה" במרכז.
- מדביקים את בר היעד על טבעת מחצית Cu באמצעות דבק הסופר. בשלב הבא, להדביק את הבר על במה מדגם Cu גם באמצעות דבק הסופר. לאחר מכן, כסף השימוש להדביק להגדיר את ההולכה בין מחצית הטבעת ושלב מדגם נחושת.
הערה: בעת הטיפול במדגם, לוודא תמיד ללבוש רצועת יד אנטי-סטטית למניעת פריקות אלקטרוסטטי, אשר עלול לגרום נזק למבנה רגיש במדגם.
2. FIB דליל במיקרוסקופ האלקטרוני הסורק (איור 2)
- שים את המדגם שהושג בשלב 1 בn SEM שלב מדגם ולמקם את הבמה בזהירות לתוך SEM.
- בחר את המצב בתצהיר, ולהגדיר את הממדים (אזור ועובי) של שכבת הגנת Pt צורך. השתמש תמיד באלומת יונים 30 קילו וולט כדי לשמור על הדיוק הגבוה ביותר. המנגינה הנוכחית כדי לקבל את היעילות מרוצה, תלוי בממדים של שכבת Pt צורך.
- להפקיד קו Pt לפנות משטח אחד לבמה Cu (פוטנציאל קרקע). בהמשך לכך, להפקיד רובד Pt עבה על גבי המבנה "קצה-לקצה", שהוא מאוד חשוב כדי למזער את נזק היון במהלך תהליך דילול FIB ולחזק את lamella הדק. זהו הליך סטנדרטי המשמש בהכנת FIB.
- קח זהירות לא להציג את כל נתיבים מוליכים בין שתי הכריות על גבי המבנה "קצה-לקצה" דרך שכבת Pt בעת ביצוע תצהיר Pt. כל נתיב מוליך יהיה קצר במעגל החשמלי (איור 2 א 'וב').
- כרסום FIB
- השתמש במתח של 30 וולט וזרם של 10 הרשות הפלסטינית לחיתוך הסופי. דק בר היעד לlamella TEM H-בר בעובי 150 ו -180 ננומטר בין.
- חותך חריץ קרוב לכרית (כרית V +) אשר נגעה בקצה מתמר בTEM. השתמש בחריץ כסמן לזהות את הכרית הנכונה בTEM.
3. העברת דוגמא מSEM לTEM
- לשים על רצועת היד אנטי-סטטית לפני שתיגע המדגם.
- לרדת מדגם H-בר מוכן משלב SEM. שמור את המדגם על הבמה Cu בעת הסרתו מSEM.
- תקן את שלב Cu על בעל TEM. הזז את קצה המתמר של בעל הקרוב למבנה המבחן TEM (כמה מאות מיקרומטרים ממבנה המבחן) תחת מיקרוסקופ האופטי.
- הכנס את בעל TEM לTEM בזהירות. אין להשתמש בכל טיפול ניקוי (למשל, ניקוי פלזמה) במהלך TRתהליך ansfer, אחרת lamella עשוי להיות מושפע.
- שמור את הזמן להעברת הדגימה בתוך 15 דקות או קצרות יותר, כדי למנוע חשיפה רבה מדי ללחות וחמצן סביבה.
4. הקמת חיבור החשמל (איור 3)
- חבר את בעל TEM למערכת השליטה שלה וSourceMeter. ואז לעבור על מערכת הבקרה וSourceMeter.
- צג טיפ מתמר בTEM כאשר עושה גישה הגסה של הקצה מתמר למבנה המבחן על ידי כוונון הידיות על בעל TEM.
- הזז את קצה המתמר של בעל TEM הקרוב לכרית + V (≤ 500 ננומטר). להביא את הקצה מתמר לאותה רמה (Z: גובה) ככרית. מנגינת עמדת הקצה ולהפוך את הקצה להתמודד מרכז V + הכרית.
- צור טיפ מתמר לכרית + V. הגדר מתח נמוך מאוד על הקצה (0.5 V כ 1 V) בעת שהתקרב הכרית. צג simultaneo הנוכחיusly לוודא המגע היא הוקם.
5. בניסוי Situ TDDB
- השתמש מתח מואץ של 200 קילו וולט בTEM. הזז את אלומת אלקטרונים לאזור של עניין; לבחור הגדלה נכונה ולמקד את התמונה.
- השתמש בשלבי תאורה נמוכים (≤ 8) כדי להפחית את נזק הקורה במבנה המבחן. השתמש צמצם הקבל למקם את אזור התאורה רק בחלק הדק של מדגם H-בר.
- החל מתח קבוע (≤ 40 V) על המבנה "קצה-לקצה" באמצעות SourceMeter בעת הקלטת תמונות TEM באתר (2-3 מסגרות / sec). רשום את התמונות באופן אוטומטי על ידי שימוש בקוד-תסריט עצמי, למשל, שימוש בתוכנת DigitalMicrograph.
- להשהות את הניסוי כאשר רואה דיפוזיה, לכאורה, של מתכת לתוך החומרים דיאלקטריים ULK ולעשות ניתוח הכימי אלקטרונים Spectroscopic הדמיה (ESI).
- הכנס את צמצם חריץ המסנן לOmegמסנן אנרגיה בTEM.
- מנגינת רוחב צמצם סחף מסנן כדי לקבל רוחב ראוי אנרגיה (10-20 eV) בספקטרום אובדן אנרגיית אלקטרון (צלופחים).
- Shift האנרגיה לשיא ספיחת נחושת M-קצה בצלופחים.
- חזור למצב ההדמיה לרכוש תמונת TEM אנרגיה מסוננת בשיא קליטת M-קצה Cu.
- Shift האנרגיה לטרום-הקצה של M-קצה הנחושת ולקבל עוד תמונת TEM אנרגיה מסוננת.
- תקן את הסחף של המדגם בין שני התמונות.
- מחלקים את התמונה הראשונה בשנייה אחת כדי לקבל את תמונת יחס קפיצה של Cu.
- להמשיך בניסוי TDDB: להחיל מחדש מתח קבוע (≤ 40 V) על המבנה "קצה-לקצה" באמצעות SourceMeter ולהקליט תמונות TEM.
6. טומוגרפיה ממוחשבת
- לבצע טומוגרפיה TEM מחושב כאשר ניסוי TDDB הוא סיים, כדי לקבל מידע על הפצת 3D דיחלקיקי ffused.
- הטה את המדגם ולהקליט סדרת הטיה של 138 מעלות. השתמש צעד הטיה של 1 °, ולהקליט את התמונה בכל שלב במצב גזע בשדה בהיר (BF).
- לשחזר את הסדרה (כולל יישור תמונות, קביעת ציר הטיה, שחזור נפח ופילוח ליצירת נפח טומוגרפיה 3D).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
איור 4 מראה תמונות בהירות שדה (BF) TEM במבחן באתר. יש הופרו באופן חלקי טאן / מחסומי Ta ואטומים Cu קיים מראש בחומרים דיאלקטריים ULK לפני הבדיקה החשמלית (איור 4 א) בשל אחסון מורחב בסביבה. אחרי 376 שניות בלבד ב 40 V, פירוט דיאלקטרי התחיל והיה מלווה בשני מסלולי נדידה גדולים של נחושת ממתכת M1, בעל פוטנציאל חיובי עם התייחסות לצד הקרקע 15-16. חלקיקי Cu מתפזרים בחומרים דיאלקטריים ULK מוצגים בתמונה BF TEM לאחר ההתמוטטות הסופית (איור 4).
במדגם ללא רבב, כלומר, העברה מהירה בין הכנת FIB וההדמיה TEM (איור 5 א), המבנה "קצה-לקצה" היא שלם ללא נזק כלשהו במחסום טאן / Ta. אותו המתח (40 V) היה מוחל על מדגם זה. מדגם זה שרד במשך יותר מ -50 דקות עד שההתמוטטות אירעה בגלל מחסום טאן / Ta שלם. תמונת TEM לאחר ההתמוטטות מוצגת באיור 5. ככל הנראה, אטומי מתכת היגרו לSiO 2 מהפינה התחתונה של מתכת M1, בעל פוטנציאל חיובי שצוין על ידי חץ אדום 17. הניתוח הכימי ESI (איור 5 ג) מוכיח שיש נתיב נדידה של Cu בממשק שבר בין שכבת SiCN והחומרים דיאלקטריים ULK, שלא ניתן הייתה לזהות מהחדות של תמונת BF TEM באיור 5. השילוב של הניתוח הכימי ESI ובניסוי TDDB אתר בTEM מאפשר חקירה של מנגנון כשל TDDB וקינטיקה השפלה 15-16 בדרך ישירה ומקיפה יותר.
טומוגרפיה היא בחירה לאפיין את הפצת 3D של חלקיקי Cu שמתפזרים החוצה מהצד החיובי של המבנה "קצה-לקצה". איור6B מתאר פרוסת 3D טיוח של המדגם נרכש על ידי טומוגרפיה ממוחשבת בTEM. החלקיקים הצהובים מייצגים את חלקיקי Cu היגרו בSiO 2.
איור 1. תמונות סכמטי של הניסוי לפני המדגם מוכנס לתוך מיקרוסקופ האלקטרונים הסורקים (SEM). () רקיק מלא. (ב) שבב מהרקיק המלא. בר יעד עם מבנה "קצה-לקצה" על חצי טבעת Cu שמודבק על במה מדגם (C). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2. מדגם H-בר המפוברק על ידי טכניקת אלומת יונים ממוקדת (FIB) בSEM ותמונה סכמטי של המבנה "קצה-לקצה". () ו- (ב ') בSEM. (ג) השרטוטים של מבנה "קצה-לקצה". לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3. התקנה ניסיונית במיקרוסקופ האלקטרונים הילוכים (TEM). תמונה () סכמטי של התהליך מתקרב ליצירת קשר. (ב) גזע תמונה של ההתקנה לפני בניסוי TDDB אתר. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של ההוא דמות.
תמונות איור 4. הנציגים TEM למבנה "קצה-לקצה" עם Cu המפוזר לחומרים דיאלקטריים ULK לפני בניסוי באתר. () לפני הבדיקה החשמלית. (ב) לאחר הבדיקה החשמלית. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5. נציגי תמונות TEM למבנה "קצה-לקצה" ללא רבב. תמונה () שדה מואר TEM (BF) לפני הבדיקה החשמלית. תמונת BF TEM לאחר הבדיקה החשמלית (B). (ג) אלectron תמונה ספקטרוסקופיות של הפצת Cu. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
תמונת איור 6. גזע ו3D טיוח של מבנה "קצה-לקצה" לאחר הבדיקה החשמלית. (א) תמונת גזע. (ב) 3D טיוח של המדגם נרכש על ידי טומוגרפיה ממוחשבת בTEM (כחול: מבנה "טיפ לקצה", צהוב: חלקיקי Cu, ירוק: מבנה טרנזיסטור מתחת).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
תנאי מוקדם להצלחה בניסוי של TDDB הוא הכנת מדגם טובה, במיוחד בתהליך כרסום FIB בSEM. ראשית, שכבה עבה Pt על גבי המבנה "קצה-לקצה" יש שתופקד. העובי והגודל של שכבת Pt יכולים להיות מותאם על ידי מפעיל SEM, אבל צריך לעקוב אחרי שלושה עקרונות: (1) העובי והגודל מספיק כדי להגן על אזור היעד מנזק אלומת יונים אפשרי בתהליך כרסום כל; (2) יש עדיין שכבה עבה יחסית Pt (≥ 400 ננומטר) על גבי המדגם לאחר הטחינה, הוא מגן על המדגם העדין מלחצים פנימיים וחיצוניים וממזער את התרומה של מתח לפירוט דיאלקטרי בTDDB הבא ניסוי; (3) בגודל לא צריך להיות גדול מדי, אחרת דרך מוליכה עלולה להיווצר בין שתי הרפידות המשמשות ליישם את המתח למבנה המבחן. יתר על כן, צעד המפתח הוא מתי לעצור אלומת היונים של Final Cut.כרסום היון חייב להיות מופרע באופן מיידי ברגע שמבנה שתוכנן במיוחד Cu "דמה" קישוריות מול מבחן מבנה נעלם, משום שחיבורי Cu המרכזיים מורכבים מהמבנה "קצה-לקצה" ויש רק ~ 60 ננומטר חלל בין שלהם. זה יהיה מאוחר מדי אם המבנה "קצה-לקצה" מופיע בתמונה SEM החי. העובי של lamella TEM H-בר הוא ממוקד להיות על 150-180 ננומטר. עובי זה מאפשר שקיפות אלקטרון בTEM במתח האצת 200 קילו וולט וגם שומר דיאלקטרי עבה יחסית על הצדדים שלתמצת את המבנה "קצה-לקצה". מצד השני, עוביי המדגם של 150-180 ננומטר יגרמו פיזור קשיח מרובה משמעותי במהלך הניתוח הכימי ESI, לכן תופעות אלה צריכים להילקח בחשבון לניתוח התוצאה גם כן.
בעת טיפול או העברת הדגימה, ללבוש stra פרק כף היד אנטי-סטטיתעמ '. זה חשוב מאוד, שכן נזק פריקה של חשמל סטטי בכמה דגימות נצפה בניסוי שלנו, אם רצועת היד אנטי-סטטית לא שחוקה. הצעד החשוב ביותר הוא העברת ההעברה מSEM לTEM. זמן ההעברה צריך להיות מוגבל אך ורק תוך 15 דקות או פחות. חשיפת זמן ארוכה של המדגם באוויר הסביבה עלולה לספוג לחות ולגרום נזק למבנה "קצה-לקצה", למשל מוצג באיור 4 א. מדגם זה מאוחסן באוויר הסביבה במשך שבועיים לפני הבדיקה. מחסום טאן / Ta הפר משפיע על מנגנון הכשל הפנימי ומקצר את חייו של מבנה המבחן. דיפוזיה Cu מסיבית לאחר מכן אפשרה.
דאגה אחת עבור מחקר TDDB באתר בTEM היא נזק הקורה בחומרים דיאלקטריים ULK. לכן, זה מאוד חיוני כדי למזער את ההשפעה של הקרן בניסוי 18. ניתן לבחור מספר אסטרטגיות לצמצום השפעה זו, אבל זה יכוללא יבוטל לחלוטין. האפשרויות יכולות להיות מסווגות לשלוש גישות. אפשרות אחת היא באמצעות צמצם הקבל קטן כדי להפחית את הכמות הכוללת של אנרגיה שהופקדה במדגם סוג H-בר 18. האפשרות אחרת היא פועלת TEM במתח נמוך (≤ 80 קילו וולט) 19-21 ו / או אלקטרונים נמוכים מינון 22-25. אפשרות זו צפויה להקטין את נזק הקורה במדגם ישירות. יתר על כן, TEM סריקת המצב (STEM) יכול להיות טכניקת מיקרוסקופיה במינון נמוך, כמו גם, אם הפרמטרים הניסיוניים נבחרים בצורה נכונה. לפיכך, מצב גזע צריך להיות סדר עדיפויות אם זה אופציה אפשרית בTEM משמש. בחירת בהירות תאורה נמוכה והקלטת תמונות TEM עם מרווח זמן סביר (במינון נמוך) נבחר, מומלצים גם 18 ללגרום נזק קרן מופחת נוסף.
מלבד TDDB הפנימי, הכנת מדגם TEM ותצפית TEM יכולים תיאורטית להשפיע br הסופיeakdown. עם זאת, מנגנון נזק TDDB נצפה הוא האמין להיות תקף כי: (1) עם הקרנה הרבה פחות קרן TEM (הדמיה גזע במינון נמוך, צעד תאורה נמוך ותמונות הקלטה בכל 30 דקות / שעה 1), מדגם הבדיקה הראה כישלון דומה מנגנונים כמו בתצפית TEM הקודמת שלנו (הקלטת תמונות ברציפות, יחסית מצב TEM במינון גבוה) 16-18; (2) השדה החשמלי אושר ככוח המניע ומקורו של ההגירה של חלקיקי מתכת 17 (איור 5 ו6A) על ידי היפוך החיבור החשמלי; (3) הגירה של חלקיקי מתכת ופירוט דיאלקטרי שניהם נצפו במקומות ספציפיים שבם ריווח קצה-לקצה-הוא יחסית קטן ומחסום טא / טאן הוא דק יחסית, לא בכל מקום בתוך שטח התאורה של קרן TEM; (4) בשכבה עבה של תצהיר Pt על גבי המדגם מונעת ביותר של הזיהום מההשתלה האנכית של יוני GA - teהוא האמין מבנה רח להיות בעיקר זיהום חופשי גם אם יש כמות קטנה של זיהום על פני השטח של הקירות הצדדיים (כ -60 ננומטר) מהנזק לרוחב של יוני Ga. לכן, הכנת המדגם ותצפית TEM לא אמורה להשפיע על הפרשנות של מנגנון הכשל המהותי לכמות משמעותית.
הצורך של הליכים מתוחכמים להכנת מדגם והגדרת הניסוי הוא כנראה החסרון העיקרי. מתודולוגיה זו ישימה רק למבנה המבחן שתוכנן במיוחד. לכן, העיצוב ותהליך הייצור המסובך למבנה המבחן הייעודי להוביל די ליותר מאמצים בהשוואה לשיטות בדיקה קונבנציונליות. לבסוף, ראוי לציין כי השינוי של המדגם על ידי הקרנת קרן בTEM הוא בלתי נמנע אם אלומת האלקטרונים מאירה את המדגם העדין במשך זמן רב מאוד. עם זאת, אנו מאמינים כי ENA פחית מתודולוגיה זוble המחקר של מנגנוני כשל TDDB וקינטיקה השפלה.
התפתחות נוספת בניסוי עשויה להיות מסוגלת לספק נתונים כמותיים להגירת Cu בחומרים דיאלקטריים כפונקציה של מתח ו / או זמן שימושי ולעזור לפתח מודל מתאים יותר לערימות על שבב Cu / ULK הקישוריות. במחקר שלנו, אות ESI של גשר Cu בתחתית שכבת SiCN כפי שמוצגים באיור 5 ג בבירור מצביעה על העובדה שCu ככל הנראה מתפזר לאורך הממשק / SiCN דיאלקטרי העיקרי. משטח העליון של דיאלקטרי העיקרי מושפע מתהליך planarization וצפוי להיות בסכום הגבוה ביותר של פגמים / מומים, ואז מוביל לממשק חלש יחסית עם שכבת SiCN. תהליכי Diffusional, המאפשרים תנועת Cu משמעותית, צריכים להתרחש שם. מנגנון ההולכה האלקטרוני, שקדמה לדיפוזיה Cu ומוביל לנזק דיאלקטרי, צריך לעקוב התנהגות פול-פרנקל, Therefעפרות העדפת √E-המודל. סטייה ממודל זה לא ניתן להסיק בשיטה הניסיונית כאן המוצעת עדיין בשל ההטיות הגדולות הדרושות כדי לאפשר פעמים בדיקות סבירות. יש לציין כי למרות הפחתת המתחים שיושמו וכתוצאה משדות חשמליים צריך להיות אחת המשימות העתידיות בללטש את מתודולוגית הניסיונית שתוארה כאן. הטיות הפעלה שבב בפועל על סדר 1 עד 3 V. המתחים כאן מיושמים הם די גבוהים, ולכן השפעות אחרות עשויות לשחק תפקיד דומיננטי יותר במתח הגבוה. לשם כך, מבני בדיקה חדשים תוכננו שיש לי מרווח מופחת באופן משמעותי על סדר 20 עד 50 ננומטר. לאחר מכן, ניתן ליישם מתח קטן יותר ועדיין ניתן לרכוש נתוני ניסוי בזמן סביר. התנועה של Cu, בוטלה אולי בהטיות נמוכות בשל קיומו של סף לנזק דיאלקטרי להתרחש, אז יכולה להיות מאופיינת כפונקציה של הטיה וזמן שימושיים. מאמצים אלה will להיות חלק ממחקר הקרוב ויכול להוכיח או להפריך את מודל נזק ההשפעה, שמן פרספקטיבת מנגנון נזק פיזית הוא כיום סביר להניח שהמודל לתאר תופעות TDDB בהטיות נמוכות 10.
X-Ray הילוכים מיקרוסקופית (TXM) יכול להיות מאומץ לצורך הניסוי הזה, כמו גם אם ברזולוציה מרחבית יכולה להיות שיפור להרבה פחות מ -10 ננומטר. יותר מכך, יכולת שידור טובה יותר ומינון קרינה נמוך יותר מאשר בTEM עשויה להגביר את היישום שלה במכשירי מייקרו-אלקטרוניים פעילים אחרים.
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).
