Waiting
Login processing...

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

Engineering

संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में सीटू समय पर निर्भर ढांकता हुआ टूटने में: एक संभावना microelectronic उपकरणों में विफलता तंत्र को समझने

Published: June 26, 2015 doi: 10.3791/52447
Automatic Translation
1,2, 1, 1,3, 1, 1, 1, 1, 1, 4, 4, 4, 1,2
1Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems, 2Dresden Center for Nanoanalysis, Technische Universität Dresden, 3Globalfoundries Fab 8, 4Globalfoundries Fab 1

Introduction

घन interconnects के सबसे पहले 1997 1 में अल्ट्रा बड़े पैमाने पर एकता (ULSI) तकनीक में पेश किया गया था, ऐसे कम-कश्मीर और अल्ट्रा-कम कश्मीर (ulk) dielectrics के बैक-एंड-ऑफ-लाइन में (BEoL) को अपनाया गया है पर चिप interconnects के बीच इन्सुलेट सामग्री के रूप में। उदाहरण के लिए नई सामग्री, का संयोजन, घन कम प्रतिरोध और कम समाई के लिए कम-कश्मीर / ulk पारद्युतिक, आयामी आपस में सिकुड़न 2, 3 की वजह से देरी बढ़ा प्रतिरोध-समाई (आर सी) के प्रभाव पर काबू के लिए। हालांकि, इस लाभ अतिक्रमण किया गया था हाल के वर्षों में microelectronic उपकरणों की सतत आक्रामक स्केलिंग द्वारा। निर्माण की प्रक्रिया में है और उत्पाद की विश्वसनीयता के लिए विभिन्न चुनौतियों में कम-कश्मीर / ulk सामग्री परिणामों का उपयोग करते हैं, आपस में पिच के बारे में 100 एनएम 4-6 या उससे कम पहुंचता है, खासकर अगर।

TDDB समय के एक समारोह के रूप में एक ढांकता हुआ सामग्री के भौतिक विफलता तंत्र को संदर्भित करता हैएक बिजली के क्षेत्र के अंतर्गत। TDDB विश्वसनीयता का परीक्षण आमतौर पर त्वरित शर्तों (बुलंद बिजली के क्षेत्र और / या ऊंचा तापमान) के तहत किया जाता है।

आपस के ढेर पर चिप में TDDB पहले से ही विश्वसनीयता समुदाय में तीव्र चिंताओं को उठाया गया है जो शास्त्रीय उपकरणों के लिए सबसे महत्वपूर्ण विफलता तंत्र में से एक है। यह भी कमजोर विद्युत और यांत्रिक गुणों उन्नत प्रौद्योगिकी नोड्स में उपकरणों में एकीकृत किया जा रहा है साथ ulk dielectrics के बाद से विश्वसनीयता इंजीनियरों की रोशनी में किया जाना जारी रहेगा।

समर्पित प्रयोगों TDDB विफलता तंत्र 7-9 जांच करने के लिए प्रदर्शन किया गया है, और प्रयास की एक महत्वपूर्ण राशि उपकरणों 10-13 के बिजली के क्षेत्र और जीवन भर के बीच संबंध का वर्णन है जो मॉडल विकसित करने के लिए निवेश किया गया है। मौजूदा अध्ययन माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में विश्वसनीयता इंजीनियरों के समुदाय को लाभ; हालांकि, कई challenGES अभी भी मौजूद हैं और कई सवाल अभी भी विस्तार से दिए जाने की जरूरत है। उदाहरण के लिए, सिद्ध मॉडल TDDB प्रक्रिया में शारीरिक असफलता तंत्र और गिरावट कैनेटीक्स वर्णन करने के लिए और संबंधित प्रायोगिक सत्यापन अभी भी कमी कर रहे हैं। एक विशेष आवश्यकता के रूप में, एक अधिक उपयुक्त मॉडल रूढ़िवादी √E मॉडल 14 स्थानापन्न करने के लिए की जरूरत है।

TDDB जांच का एक बहुत ही महत्वपूर्ण हिस्सा के रूप में, ठेठ विफलता विश्लेषण विफलता तंत्र और गिरावट कैनेटीक्स की भौतिक विज्ञान की व्याख्या करने के लिए व्यापक और ठोस सबूत उपलब्ध कराने, यानी, एक अभूतपूर्व चुनौती का सामना करना पड़ रहा है। जाहिर है, यह क्षति तंत्र के कैनेटीक्स के बारे में केवल सीमित जानकारी बहुत समय लगता है, और क्योंकि असफलता साइट में बाधा इस चुनौती के लिए उपयुक्त विकल्प नहीं है इमेजिंग एक के बाद एक और पूर्व सीटू द्वारा विअस और nanoscale घन लाइनों के मीटर के लाखों निरीक्षण यह उपलब्ध करवाया जा सकता है। इसलिए, एक जरूरी काम के लिए एक विकसित करने के लिए उभरा हैएन डी प्रयोगों अनुकूलन करने के लिए और TDDB विफलता तंत्र और गिरावट कैनेटीक्स अध्ययन करने के लिए एक बेहतर प्रक्रिया पाने के लिए।

इस पत्र में, हम सीटू प्रयोगात्मक कार्यप्रणाली में एक घन / ulk आपस ढेर में TDDB विफलता तंत्र की जांच के लिए प्रदर्शन करेंगे। उच्च गुणवत्ता इमेजिंग और रासायनिक विश्लेषण की क्षमता के साथ एक मंदिर समर्पित परीक्षण संरचनाओं पर गतिज प्रक्रिया का अध्ययन करने के लिए प्रयोग किया जाता है। सीटू बिजली के परीक्षण में dielectrics के लिए एक उन्नत बिजली के क्षेत्र प्रदान करने के लिए मंदिर प्रयोग में एकीकृत है। एक ulk सामग्री से पूरी तरह से समझाया घन interconnects से मिलकर और अछूता एक स्वनिर्धारित "टिप-टू-टिप" संरचना, 32 एनएम CMOS प्रौद्योगिकी नोड में बनाया गया है। यहाँ वर्णित प्रयोगात्मक प्रक्रिया भी सक्रिय उपकरणों में अन्य संरचनाओं के लिए बढ़ाया जा सकता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

के लिए नमूना तैयार कर रहा है 1. केंद्रित आयन बीम (FIB) पतले (चित्रा 1)

  1. (~ 10 मिमी से 10 मिमी) एक हीरे मुंशी के साथ छोटे चिप्स में पूर्ण वेफर फोड़ना।
  2. चिप्स पर "टिप-टू-टिप" संरचना के पदों को चिह्नित।
  3. 2 मिमी आकार से 60 माइक्रोन की सलाखों प्राप्त करने के लिए एक dicing मशीन के साथ चिप देखा। बार केंद्र में "टिप-टू-टिप" संरचना में शामिल हैं।
  4. सुपर गोंद का उपयोग कर एक घन आधा अंगूठी पर लक्ष्य बार गोंद। इसके बाद, भी सुपर गोंद का उपयोग कर एक घन नमूना मंच पर बार गोंद। फिर, उपयोग चांदी आधा अंगूठी और तांबे नमूना मंच के बीच चालन सेट करने के लिए पेस्ट करें।
    नोट: नमूना उठाते वक्त हमेशा नमूने में संवेदनशील संरचना को नुकसान हो सकता है, जो स्थिर विद्युत निर्वहन, को रोकने के लिए एक antistatic कलाई का पट्टा पहनने के लिए सुनिश्चित करें।

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में 2. FIB पतले (चित्रा 2)

  1. एक पर चरण 1 में प्राप्त नमूना रखोएन SEM के नमूना मंच और SEM में सावधानी चरण जगह है।
  2. बयान मोड चुना है, और जरूरत पं सुरक्षा परत के आयामों (क्षेत्र और मोटाई) की स्थापना की। हमेशा सबसे ज्यादा सटीक बनाए रखने के लिए एक 30 केवी आयन बीम का उपयोग करें। ट्यून मौजूदा जरूरत पं परत के आयामों पर निर्भर संतुष्ट दक्षता, पाने के लिए।
    1. घन चरण (जमीन संभावित) के लिए एक पैड से संपर्क करने के लिए एक पंडित लाइन जमा। इसके बाद, झूठ बोलना thinning के प्रक्रिया के दौरान आयन नुकसान को कम करने के लिए और पतली लामेल्ला को सुदृढ़ करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है जो "टिप-टू-टिप" संरचना, के शीर्ष पर एक मोटी परत जमा पं। इस FIB तैयार करने में इस्तेमाल एक मानक प्रक्रिया है।
    2. पं बयान जब प्रदर्शन पं परत के माध्यम से "टिप-टू-टिप" संरचना के शीर्ष पर दो पैड के बीच किसी भी प्रवाहकीय पथ परिचय नहीं सावधानी रखना। किसी भी प्रवाहकीय पथ होगा कम विद्युत परिपथ (2A चित्रा और बी)।
  3. FIB मिलिंग
    1. अंतिम कटौती के लिए 10 देहात के एक 30 केवी का वोल्टेज और वर्तमान का उपयोग करें। 150 और 180 एनएम के बीच एक मोटाई के साथ एक एच बार मंदिर लामेल्ला में पतला लक्ष्य बार।
    2. मंदिर में एक transducer नोक से छुआ दिया जाएगा जो पैड (वी पैड) के करीब एक पायदान कट। मंदिर में सही पैड की पहचान करने के लिए एक मार्कर के रूप में पायदान का प्रयोग करें।

मंदिर SEM को से 3. नमूना स्थानांतरण

  1. नमूना छूने से पहले antistatic कलाई का पट्टा पर रखो।
  2. SEM के मंच से तैयार एच-बार नमूना डिस्माउंट करें। SEM के से हटाने जब घन मंच पर नमूना रखें।
  3. मंदिर धारक पर घन चरण को ठीक करें। परीक्षण संरचना के करीब मंदिर धारक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के नीचे (दूर परीक्षण संरचना से माइक्रोमीटर के कुछ ही सैकड़ों) के ट्रांसड्यूसर टिप ले जाएँ।
    1. ध्यान से मंदिर में मंदिर धारक डालें। टीआर के दौरान किसी भी सफाई उपचार (जैसे, प्लाज्मा सफाई) का उपयोग नहीं करतेansfer प्रक्रिया, अन्यथा लामेल्ला प्रभावित हो सकता है।
  4. परिवेश नमी और ऑक्सीजन के लिए बहुत ज्यादा जोखिम से बचने के लिए 15 मिनट या कम भीतर नमूना स्थानांतरण के लिए समय रखें।

4. बिजली के कनेक्शन की स्थापना (चित्रा 3)

  1. इसके नियंत्रण प्रणाली और SourceMeter करने के लिए मंदिर धारक कनेक्ट करें। उसके बाद नियंत्रण प्रणाली और SourceMeter पर स्विच।
  2. मंदिर धारक पर knobs ट्यूनिंग द्वारा परीक्षण संरचना करने के लिए ट्रांसड्यूसर टिप के मोटे दृष्टिकोण कर जब मंदिर में ट्रांसड्यूसर नोक पर नज़र रखें।
    1. (500 एनएम ≤) वी पैड के करीब मंदिर धारक की ट्रांसड्यूसर टिप ले जाएँ। पैड के रूप में: (ऊंचाई जेड) एक ही स्तर के ट्रांसड्यूसर टिप लाओ। ट्यून टिप की स्थिति और टिप वी पैड के केंद्र का सामना करते हैं।
  3. वी पैड को ट्रांसड्यूसर टिप से संपर्क करें। पैड से आ रहा है, जबकि (लगभग 1 वी 0.5 वी) नोक पर एक बहुत ही कम वोल्टेज निर्धारित करें। वर्तमान simultaneo मॉनिटरusly संपर्क स्थापित किया है सुनिश्चित करने के लिए।

सीटू TDDB प्रयोग में 5.

  1. मंदिर में 200 केवी के एक त्वरित वोल्टेज का प्रयोग करें। रुचि के क्षेत्र के लिए इलेक्ट्रॉन बीम ले जाएं; एक उचित बढ़ाई चयन और छवि ध्यान केंद्रित।
  2. परीक्षण संरचना पर किरण नुकसान को कम करने के लिए कम रोशनी कदम (≤ 8) का प्रयोग करें। केवल एच-बार नमूना के पतले भाग के भीतर रोशनी क्षेत्र स्थानीयकरण करने के लिए एक कंडेनसर एपर्चर का प्रयोग करें।
  3. बगल में मंदिर छवियों (2-3 फ्रेम / सेकंड) जबकि रिकॉर्डिंग SourceMeter का उपयोग करते हुए "टिप-टू-टिप" संरचना पर लगातार वोल्टेज (≤ 40 वी) को लागू करें। DigitalMicrograph सॉफ्टवेयर का उपयोग कर, उदाहरण के लिए, एक आत्म-पटकथा कोड का उपयोग कर स्वचालित रूप से छवियों को रिकार्ड।
  4. Ulk पारद्युतिक में धातु का एक स्पष्ट प्रसार को देखकर जब प्रयोग रोक और इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी इमेजिंग (ईएसआई) रासायनिक विश्लेषण करते हैं।
    1. Omeg में फिल्टर भट्ठा एपर्चर डालेंमंदिर में एक ऊर्जा फिल्टर।
    2. ट्यून फिल्टर गाद एपर्चर की चौड़ाई इलेक्ट्रॉन ऊर्जा नुकसान स्पेक्ट्रम (मछली) में एक उचित ऊर्जा चौड़ाई (10-20 eV) प्राप्त करने के लिए।
    3. मछली में तांबे एम बढ़त सोखना पीक करने के लिए ऊर्जा बदलाव।
    4. घन मीटर बढ़त अवशोषण चरम पर एक ऊर्जा फ़िल्टर्ड मंदिर छवि प्राप्त करने के लिए वापस इमेजिंग मोड के पास जाओ।
    5. तांबा एम बढ़त के पूर्व किनारे करने के लिए ऊर्जा पारी और अन्य ऊर्जा फ़िल्टर्ड मंदिर छवि मिलता है।
    6. दो छवियों के बीच नमूने का बहाव ठीक कर लें।
    7. घन मीटर की छलांग के अनुपात छवि को पाने के लिए एक दूसरे के द्वारा पहली छवि फूट डालो।
  5. TDDB प्रयोग जारी रखें: SourceMeter का उपयोग करते हुए "टिप-टू-टिप" संरचना पर लगातार वोल्टेज (≤ 40 वी) पुन: लागू करने और मंदिर छवियों रिकॉर्ड है।

6. गणना टोमोग्राफी

  1. TDDB प्रयोग समाप्त हो गया है जब मंदिर गणना टोमोग्राफी प्रदर्शन करना, Di के बारे में 3 डी वितरण की जानकारी प्राप्त करने के लिएffused कणों।
  2. नमूना झुकाव और 138 डिग्री के झुकाव श्रृंखला रिकॉर्ड है। 1 डिग्री के झुकाव चरण का उपयोग करें, और उज्ज्वल क्षेत्र (बीएफ) स्टेम मोड में हर कदम के दौरान छवि रिकॉर्ड है।
  3. (छवियों aligning झुकाव अक्ष का निर्धारण करने, 3 डी tomographic मात्रा के लिए फार्म की मात्रा और विभाजन के पुनर्निर्माण शामिल है) श्रृंखला पुनर्निर्माण किया।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

चित्रा 4 सीटू की परीक्षा में एक से उज्ज्वल क्षेत्र (बीएफ) मंदिर छवियों से पता चलता है। आंशिक रूप से वहाँ का उल्लंघन कर रहे हैं टैन / कारण परिवेश में बढ़ाया भंडारण करने के लिए बिजली के परीक्षण (चित्रा -4 ए) से पहले ulk पारद्युतिक में टा बाधाओं और पूर्व मौजूदा घन परमाणुओं। जमीन की ओर 15-16 के संदर्भ में एक सकारात्मक क्षमता वाले 40 वी में केवल 376 सेकंड के बाद, ढांकता हुआ टूटने शुरू किया और एम 1 धातु से तांबे के दो प्रमुख प्रवास रास्ते के साथ साथ गया था। ulk पारद्युतिक में दूर तक फैला हुआ घन कणों अंतिम टूटने (चित्रा 4 बी) के बाद बीएफ मंदिर छवि में दिखाया जाता है।

एक निर्दोष नमूने में, यानी, झूठ बोलना तैयारी और मंदिर इमेजिंग (चित्रा 5 ए) के बीच तेजी से हस्तांतरण, "टिप-टू-टिप" संरचना टैन / टा बाधा में किसी भी क्षति के बिना बरकरार है। एक ही वोल्टेज (40 वी) इस नमूने के लिए आवेदन किया था। यह नमूना अधिक से अधिक 50 मिनट तक के लिए बच गयाटूटने की वजह से बरकरार टैन / टा बाधा के हुई। टूटने के बाद मंदिर छवि चित्रा 5 ब में दिखाया गया है। जाहिर है, धातु परमाणुओं एक लाल तीर 17 ने संकेत दिया एक सकारात्मक क्षमता वाले, एम 1 धातु के नीचे कोने से 2 Sio में चले गए। ईएसआई रासायनिक विश्लेषण (चित्रा 5C) SiCN परत और चित्रा 5 ब में बीएफ मंदिर छवि के विपरीत से पता नहीं किया जा सकता है जो ulk पारद्युतिक के बीच फ्रैक्चर इंटरफेस में घन की एक प्रवास पथ है कि वहाँ साबित होता है। ईएसआई रासायनिक विश्लेषण की और मंदिर में सीटू TDDB प्रयोग में संयोजन एक और अधिक प्रत्यक्ष और व्यापक तरीके से TDDB विफलता तंत्र और गिरावट कैनेटीक्स 15-16 की एक जांच में सक्षम बनाता है।

टोमोग्राफी "टिप-टू-टिप" संरचना के सकारात्मक पक्ष से बाहर दूर तक फैला हुआ है, जो घन कणों की 3 डी वितरण चिह्नित करने के लिए एक विकल्प है। चित्रा6B मंदिर में गणना टोमोग्राफी द्वारा अधिग्रहीत नमूने के एक 3 डी प्रतिपादन का एक टुकड़ा दर्शाया गया है। पीले रंग के कणों 2 Sio में माइग्रेट घन कणों का प्रतिनिधित्व करते हैं।

चित्र 1
चित्रा नमूना से पहले प्रयोग के 1. योजनाबद्ध छवियों स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) में डाल दिया है। (ए) एक पूर्ण वेफर। (बी) पूर्ण वेफर से एक चिप। (सी) एक नमूना मंच पर चिपके है जो एक घन आधा अंगूठी पर एक "टिप-टू-टिप" संरचना के साथ एक लक्ष्य बार। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्र 2। SEM में केंद्रित आयन बीम (FIB) तकनीक और "टिप-टू-टिप" संरचना का एक योजनाबद्ध छवि द्वारा गढ़े एक एच बार नमूना। (ए) और SEM में (बी)। (सी) एक "टिप-टू-टिप" संरचना के schematics। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (मंदिर) में चित्रा 3. प्रायोगिक स्थापना। संपर्क के करीब पहुंच प्रक्रिया (ए) योजनाबद्ध छवि। (बी) सीटू TDDB प्रयोग में पहले सेटअप की छवि स्टेम। वें का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करेंआंकड़ा है।

चित्रा 4
सीटू प्रयोग में पहले ulk पारद्युतिक में विसरित घन के साथ एक "टिप-टू-टिप" संरचना के लिए चित्रा 4. प्रतिनिधि मंदिर छवियों। (ए) बिजली के परीक्षण से पहले। (बी) बिजली के परीक्षण के बाद। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा एक निर्दोष "टिप-टू-टिप" संरचना के लिए 5. प्रतिनिधि मंदिर छवियों। बिजली के परीक्षण से पहले (ए) उज्ज्वल क्षेत्र (बीएफ) मंदिर छवि। (बी) बिजली के परीक्षण के बाद बीएफ मंदिर छवि। (सी) एलectron घन वितरण के स्पेक्ट्रोस्कोपी छवि। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6 स्टेम छवि और बिजली के परीक्षण के बाद एक "टिप-टू-टिप" संरचना के 3 डी प्रतिपादन। (ए) का तना छवि। (बी) के मंदिर में गणना टोमोग्राफी द्वारा अधिग्रहीत नमूने के 3 डी प्रतिपादन (ब्लू: पीला "टिप-टू-टिप" संरचना,: घन कण, ग्रीन: नीचे ट्रांजिस्टर संरचना)।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

TDDB प्रयोग में सफलता की शर्त है, खासकर SEM में FIB मिलिंग की प्रक्रिया में है, अच्छा नमूना तैयार है। सबसे पहले, "टिप-टू-टिप" संरचना के शीर्ष पर एक मोटी पं परत जमा हो गया है। मोटाई और पं परत के आकार SEM के ऑपरेटर द्वारा समायोजित, लेकिन तीन सिद्धांतों का पालन करने के लिए किया जा सकता है: (1) मोटाई और आकार पूरी मिलिंग की प्रक्रिया के दौरान संभव आयन बीम नुकसान से लक्षित क्षेत्र की रक्षा करने के लिए पर्याप्त हैं; (2) मिलिंग के बाद छोड़ दिया नमूना के शीर्ष पर एक अपेक्षाकृत मोटी पं परत (≥ 400 एनएम) अभी भी वहाँ है, यह आंतरिक और बाह्य तनाव से नाजुक नमूना रक्षा करता है और अगले TDDB में ढांकता हुआ टूटने के तनाव के योगदान को कम करता है प्रयोग; (3) आकार अन्यथा एक प्रवाहकीय पथ परीक्षण संरचना करने के लिए वोल्टेज लागू करने के लिए उपयोग किया जाता है जो दो पैड के बीच फार्म का हो सकता है, बहुत बड़ा नहीं होना चाहिए। अंतिम कट के आयन बीम को रोकने के लिए इसके अलावा, जब महत्वपूर्ण कदम है।केंद्रीय घन interconnects के "टिप-टू-टिप" संरचना से मिलकर बनता है और केवल ~ 60 एनएम अंतरिक्ष के बीच है, क्योंकि वहाँ आयन मिलिंग, संरचना गायब हो जाता परीक्षण के सामने एक विशेष रूप से डिजाइन घन "डमी" आपस में संरचना एक बार तुरंत बाधित किया जाना चाहिए उन्हें। "टिप-टू-टिप" संरचना लाइव SEM छवि में प्रकट होता है, तो यह बहुत देर हो जाएगी। एच-बार मंदिर लामेल्ला की मोटाई के बारे में 150-180 एनएम होने का लक्ष्य रखा गया है। इस मोटाई 200 केवी त्वरण वोल्टेज में मंदिर में इलेक्ट्रॉन पारदर्शिता की अनुमति देता है और यह भी "टिप-टू-टिप" संरचना को समाहित किया है जो पक्षों पर एक अपेक्षाकृत मोटी ढांकता हुआ रहता है। दूसरी ओर, 150-180 एनएम का नमूना मोटाई इसलिए इन प्रभावों के रूप में अच्छी तरह से परिणाम के विश्लेषण में विचार किया जाना चाहिए, ईएसआई रासायनिक विश्लेषण के दौरान महत्वपूर्ण कई स्थिर बिखरने का कारण होगा।

वक्त या नमूना स्थानांतरित करते हैं, तो एक antistatic कलाई रणनीति पहननेपी। Antistatic कलाई का पट्टा नहीं पहना था, तो कई नमूनों पर electrostatic छुट्टी क्षति हमारे प्रयोग में मनाया गया, क्योंकि यह बहुत महत्वपूर्ण है। सबसे महत्वपूर्ण स्थानांतरण कदम मंदिर SEM को से हस्तांतरण है। हस्तांतरण के समय कड़ाई से 15 मिनट या उससे कम समय के भीतर ही सीमित हो गया है। परिवेशी वायु में नमूने के एक लंबे समय से लोगों तक पहुंचाने के लिए नमी को अवशोषित और 'टिप-टू-टिप "संरचना को नुकसान हो सकता है, एक उदाहरण चित्रा -4 ए में दिखाया गया है। इस नमूने के परीक्षण से पहले दो सप्ताह के लिए परिवेशी वायु में जमा हो गया था। उल्लंघन टैन / टा बाधा आंतरिक विफलता तंत्र को प्रभावित करती है और परीक्षण संरचना के जीवनकाल shortens। भारी घन प्रसार फिर से सक्षम है।

मंदिर में सीटू TDDB अध्ययन के लिए एक चिंता का विषय ulk पारद्युतिक पर किरण क्षति है। इसलिए, यह प्रयोग 18 पर बीम के प्रभाव को कम करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। कई रणनीतियों इस प्रभाव को कम करने के लिए चुना जा सकता है, लेकिन यह कर सकते हैंपूरी तरह से समाप्त नहीं किया जा। विकल्पों तीन दृष्टिकोण में वर्गीकृत किया जा सकता है। एक संभावना यह एच-बार प्रकार नमूना 18 में जमा ऊर्जा की कुल राशि को कम करने के लिए एक छोटा सा कंडेनसर छेद का उपयोग कर रहा है। दूसरे विकल्प के लिए कम वोल्टेज (≤ 80 केवी) 19-21 और / या कम इलेक्ट्रॉन खुराक 22-25 पर मंदिर संचालन कर रहा है। इस विकल्प को सीधे नमूना पर किरण नुकसान को कम करने की उम्मीद है। प्रयोगात्मक मापदंडों को सही ढंग से चुना जाता है इसके अलावा, अगर स्कैनिंग मंदिर (स्टेम) मोड, के रूप में अच्छी तरह से एक कम खुराक माइक्रोस्कोपी तकनीक हो सकता है। यह प्रयोग किया जाता मंदिर में एक विकल्प हो सकता है अगर इस प्रकार, स्टेम मोड प्राथमिकता के आधार पर किया जाना चाहिए। कम रोशनी चमक चुनने और एक को चुना, उचित अंतराल समय (कम खुराक) के साथ मंदिर छवियों रिकॉर्डिंग भी आगे कम बीम नुकसान में परिणाम के लिए 18 सिफारिश कर रहे हैं।

इसके अलावा आंतरिक TDDB से, मंदिर नमूना तैयार करने और मंदिर अवलोकन सैद्धांतिक रूप से अंतिम बीआर प्रभावित कर सकता हैeakdown। (1) बहुत कम मंदिर बीम विकिरण (कम खुराक स्टेम इमेजिंग, कम रोशनी कदम और रिकॉर्डिंग छवियों हर 30 मिनट / 1 घंटे) के साथ, परीक्षण के नमूने भी इसी विफलता से पता चला है क्योंकि: फिर भी, माना जाता है कि मनाया TDDB क्षति तंत्र वैध होने के लिए हमारे पिछले मंदिर अवलोकन के रूप में तंत्र (लगातार छवियों रिकॉर्डिंग, अपेक्षाकृत उच्च खुराक मंदिर मोड) 16-18; (2) बिजली के क्षेत्र की प्रेरणा शक्ति और बिजली के कनेक्शन पीछे से धातु के कणों 17 (चित्रा 5 ब और 6A) के प्रवास के मूल के रूप में पुष्टि की गई थी; टिप-टू-टिप रिक्ति अपेक्षाकृत छोटा है और टा / टैन बाधा मंदिर किरण की रोशनी क्षेत्र के अंदर नहीं, हर जगह अपेक्षाकृत पतली है जहां धातु के कणों और ढांकता हुआ टूटने की (3) माइग्रेशन दोनों विशिष्ट स्थानों पर मनाया गया; (4) नमूना के शीर्ष पर पं बयान की एक मोटी परत गा आयनों की खड़ी आरोपण से प्रदूषण का सबसे रोकता है - तेसेंट संरचना गा आयनों के पार्श्व नुकसान से ओर दीवारों (लगभग 60 एनएम) की सतह पर प्रदूषण का एक मामूली राशि है, भले ही मुख्य रूप से प्रदूषण को मुक्त माना जा रहा है। इसलिए, नमूना तैयार करने और मंदिर अवलोकन एक महत्वपूर्ण राशि के लिए आंतरिक विफलता तंत्र की व्याख्या प्रभावित नहीं होना चाहिए।

नमूना तैयार करने और प्रायोगिक स्थापना के लिए परिष्कृत प्रक्रियाओं की जरूरत शायद मुख्य नुकसान है। इस पद्धति विशेष रूप से डिजाइन परीक्षण संरचना के लिए ही लागू है। पारंपरिक परीक्षण के तरीके की तुलना में इसलिए, जब डिजाइन और समर्पित परीक्षण संरचना के लिए जटिल निर्माण की प्रक्रिया को काफी अधिक प्रयासों का नेतृत्व। अंत में, यह इलेक्ट्रॉन बीम एक बहुत लंबे समय के लिए नाजुक नमूना illuminates अगर मंदिर में बीम विकिरण द्वारा नमूना के संशोधन अनिवार्य है उनका कहना है कि लायक है। फिर भी, हमें विश्वास है कि इस पद्धति से कर सकते हैं ENATDDB विफलता तंत्र और गिरावट कैनेटीक्स का अध्ययन ble।

प्रयोग पर आगे विकास लागू वोल्टेज और / या समय के एक समारोह के रूप में पारद्युतिक में घन प्रवास के लिए मात्रात्मक डेटा उपलब्ध कराने और घन / ulk पर चिप आपस में ढेर के लिए एक अधिक उपयुक्त मॉडल विकसित करने के लिए मदद करने में सक्षम हो सकता है। हमारे अध्ययन में यह आंकड़ा 5C के रूप में दिखाया SiCN परत के नीचे एक घन पुल के ईएसआई संकेत स्पष्ट रूप से घन सबसे अधिक संभावना मुख्य ढांकता / SiCN अंतरफलक के साथ दूर तक फैला हुआ है कि इस तथ्य की ओर इशारा करते हैं। मुख्य ढांकता हुआ की यह ऊपर की सतह planarization प्रक्रिया से प्रभावित होता है और उसके बाद SiCN परत के साथ एक अपेक्षाकृत कमजोर इंटरफ़ेस करने के लिए अग्रणी खामियों / दोषों की सबसे अधिक मात्रा में होने की संभावना है। महत्वपूर्ण घन आंदोलन को सक्षम करने diffusional प्रक्रियाओं, वहाँ हो जाना चाहिए। इलेक्ट्रॉनिक चालन तंत्र, घन प्रसार पूर्ववर्ती और ढांकता हुआ नुकसान के लिए अग्रणी, Theref, पूल-Frenkel व्यवहार का पालन करना चाहिएअयस्क √E-मॉडल के पक्ष में। इस मॉडल से एक विचलन के कारण उचित परीक्षण के समय को सक्षम करने के लिए आवश्यक बड़े पक्षपात करने के लिए अभी तक यहाँ प्रस्तावित प्रयोगात्मक विधि के साथ deduced नहीं किया जा सकता। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हालांकि voltages लागू कम करने और यहाँ वर्णित प्रयोगात्मक कार्यप्रणाली को परिष्कृत करने में भविष्य के कार्यों में से एक होना चाहिए विद्युत क्षेत्रों जिसके परिणामस्वरूप। वास्तविक चिप ऑपरेटिंग पूर्वाग्रहों 1 यहां voltages लागू काफी ज्यादा हैं वी 3 के आदेश पर कर रहे हैं, इसलिए अन्य प्रभाव ऊंचा वोल्टेज पर एक अधिक प्रभावी भूमिका निभा सकते हैं। इस प्रयोजन के लिए नए परीक्षण संरचनाओं 20 एनएम से 50 के आदेश पर एक काफी कम रिक्ति है जो डिजाइन किए गए थे। फिर, छोटे voltages के लिए लागू किया जा सकता है और प्रयोगात्मक डेटा अभी भी समय का एक उचित मात्रा में प्राप्त किया जा सकता है। संभवतः के कारण ढांकता हुआ नुकसान को उत्पन्न करने के लिए एक सीमा के अस्तित्व के लिए कम पूर्वाग्रहों पर सफाया घन का आंदोलन, तो लागू पूर्वाग्रह और समय के एक समारोह के रूप में लक्षण वर्णन किया जा सकता है। इन प्रयासों wilएल एक आगामी अध्ययन का हिस्सा होना और साबित या शारीरिक क्षति तंत्र के नजरिए से वर्तमान में कम पूर्वाग्रहों 10 पर TDDB प्रभाव का वर्णन करने के लिए सबसे अधिक संभावना मॉडल है जो प्रभाव क्षति मॉडल, असत्य सिद्ध कर सकता है।

स्थानिक संकल्प 10 एनएम से काफी कम करने के लिए सुधार किया जा सकता है अगर ट्रांसमिशन एक्स-रे माइक्रोस्कोपी (TXM) के रूप में अच्छी तरह से इस प्रयोग के लिए अपनाया जा सकता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात, बेहतर ट्रांसमिशन क्षमता और मंदिर की तुलना में कम विकिरण खुराक अन्य सक्रिय microelectronic उपकरणों पर उसके आवेदन को बढ़ावा देने के कर सकते हैं।

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

इंजीनियरिंग अंक 100 समय पर निर्भर ढांकता हुआ टूटने विश्वसनीयता तांबा आपस में गिरावट कैनेटीक्स, अल्ट्रा कम कश्मीर (ulk) सामग्री
संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में <em>सीटू</em> समय पर निर्भर ढांकता हुआ टूटने <em>में:</em> एक संभावना microelectronic उपकरणों में विफलता तंत्र को समझने
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