Waiting
Login processing...

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

Engineering

In Situ Tidsavhengig Dielektrisk Sammenbrudd i transmisjonselektronmikroskop: En Mulighet til å forstå feilmekanisme i Mikro Devices

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

Siden Cu interconnects ble først introdusert i ultra-storskala integrasjon (ULSI) teknologi i 1997 1, low-k og ultra-low-k (ULK) dielectrics har blitt adoptert inn i back-end-of-line (BEoL) som isolasjonsmateriale mellom on-chip sammenkoblinger. Kombinasjonen av nye materialer, for eksempel, Cu for redusert motstand og lav-k / ULK dielectrics for lavere kapasitans, overvinner effekten av økt motstand-kapasitans (RC) forsinkelse forårsaket av interdimensjonal krymping 2, 3. Men denne fordelen tatt av fortsatt aggressiv skalering av mikroelektroniske enheter de siste årene. Anvendelse av lav-K / ULK materialer resulterer i ulike utfordringer i produksjonsprosessen og for produktet pålitelighet, særlig hvis sammenkoblings banen når ca. 100 nm eller mindre 4-6.

TDDB refererer til den fysiske feilmekanisme av et dielektrisk materiale som en funksjon av tideni henhold til et elektrisk felt. Den TDDB påliteligheten testen er vanligvis utført under akselererte betingelser (forhøyet elektrisk felt og / eller forhøyet temperatur).

Den TDDB i on-chip interconnect stabler er en av de mest kritiske mekanismer svikt for mikroelektroniske enheter, som allerede har reist intense bekymringer i pålitelighet samfunnet. Den vil fortsette å være i søkelyset av pålitelighets ingeniører siden ULK dielectrics med enda svakere elektriske og mekaniske egenskaper blir integrert i enhetene i avansert teknologi noder.

Dedikerte eksperimenter har blitt utført for å undersøke TDDB feilmekanisme 7-9, og en betydelig mengde innsats har blitt investert for å utvikle modeller som beskriver forholdet mellom elektrisk felt og levetid av enhetene 10-13. De eksisterende studier nytte for samfunnet av pålitelighets ingeniører i mikroelektronikk; Men mange ChallenGES fortsatt eksisterer og mange spørsmål fortsatt må besvares i detalj. For eksempel, for å påvist modeller beskrive den fysiske feilmekanisme og nedbrytningskinetikken i TDDB prosessen og den respektive eksperimentell verifikasjon fremdeles mangler. Som et særlig behov, er en mer passende modell for å erstatte den konservative √E-modell 14.

Som en svært viktig del av TDDB etterforskningen, er typisk feil analyse overfor en enestående utfordring, dvs. gir omfattende og vanskelig bevis for å forklare fysikken i feilmekanismer og nedbrytningskinetikk. Angivelig, inspeksjon millioner av vias og målere av nanoskala Cu linjer én etter én og ex situ imaging svikt nettstedet er ikke det riktige valget til hinder denne utfordringen, fordi det er svært tidkrevende, og kun begrenset informasjon om kinetikken av skaden mekanismen kan gis. Derfor har en presserende oppgave dukket opp for å utvikle ennd for å optimalisere eksperimenter og for å få en bedre fremgangsmåte for å studere TDDB feilmekanismer og nedbrytningskinetikk.

I denne artikkelen vil vi demonstrere en in situ eksperimentell metode for å undersøke TDDB feilmekanisme i Cu / ULK sammenkoblings stabler. En TEM med evne til bildekvalitet og høy kjemisk analyse benyttes for å studere kinetiske prosessen ved dedikerte teststrukturer. In situ-elektrisk test er integrert i TEM eksperimentet for å tilveiebringe en forhøyet elektrisk felt for å dielektrikum. En tilpasset "tip-to-tip" struktur, bestående av fullt innkapslet Cu sammenkoblinger og isolert av en ULK materiale, er utformet i 32 nm CMOS-teknologi node. Den eksperimentelle fremgangsmåte som er beskrevet her kan også bli utvidet til andre strukturer i aktive enheter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Klar Sample for Fokusert Ion Beam (FIB) Tynning (figur 1)

  1. Kløyve hele wafer i små chips (~ 10 mm med 10 mm) med en diamant skriver.
  2. Markerer posisjoner av "spiss-til-spiss" struktur på chips.
  3. Så chip med en dicing maskin for å få barer av 60 mikrometer ved 2 mm størrelse. Baren inneholder "tip-to-tip" struktur i sentrum.
  4. Lim målet bar på en Cu halv ring med superlim. Deretter limer baren på en Cu prøvestadiet også bruke superlim. Deretter bruker sølv lim for å angi at ledning mellom det halv ring og kobberprøvetrinnet.
    Merk: Når du håndterer prøven, sørg for å alltid bruke en antistatisk armbånd for å forhindre elektrostatiske utladninger, som kan skade den følsomme strukturen i prøven.

2. FIB Tynning i elektronmikroskop (figur 2)

  1. Plasser prøven oppnådd i trinn 1 på enn SEM prøvestadiet og plassere scenen forsiktig inn i SEM.
  2. Valgte deponering modus, og sette opp dimensjonene (område og tykkelse) av nødvendig Pt beskyttelseslag. Bruk alltid en 30 kV ionestråle å opprettholde den høyeste presisjon. Tune strømmen for å få oppfylt effektivitet, avhengig av dimensjonene av den nødvendige Pt lag.
    1. Deponere en Pt kø for å ta kontakt med en pute til Cu scenen (jordpotensial). Deretter avsette et tykt Pt lag på toppen av "spiss-til-spiss" struktur, noe som er svært viktig for å minimere skade under ion FIB tynning prosessen og for å forsterke den tynne lamellen. Dette er en standard prosedyre som brukes i FIB forberedelse.
    2. Ta forsiktighet for ikke å innføre noen ledende stier mellom de to pads på toppen av "tip-to-tip" struktur gjennom Pt lag når du utfører Pt deponering. Alle ledende bane vil kort den elektriske krets (figur 2A og B).
  3. FIB fresing
    1. Bruk en spenning på 30 kV og strøm på 10 pA for Final Cut. Tynn målet staven i et H-bar TEM lamell med en tykkelse mellom 150 og 180 nm.
    2. Skjær et hakk nær pad (V + pad) som vil bli berørt av en svinger spissen i TEM. Bruk hakket som en markør for å identifisere riktig pad i TEM.

3. Prøve Transfer fra SEM til TEM

  1. Ta på antistatisk armbånd før du berører prøven.
  2. Demonter forberedt H-bar prøve fra SEM scenen. Hold prøven på Cu scenen når du fjerner den fra SEM.
  3. Fest Cu scenen på TEM holderen. Bevege transduseren spissen av TEM holderen i nærheten av teststrukturen (noen få hundre mikrometer bort fra teststrukturen) under det optiske mikroskop.
    1. Sett TEM holderen i TEM nøye. Ikke benytte noen rengjøring behandling (f.eks plasma rengjøring) under transfer prosess, ellers lamellen kan påvirkes.
  4. Hold tid for prøven overføring innen 15 minutter eller kortere for å unngå for mye eksponering for ambient fuktighet og oksygen.

4. Etablering av den elektriske kontakten (figur 3)

  1. Koble TEM holderen til sin styresystemet og SourceMeter. Deretter slår du på styresystemet og SourceMeter.
  2. Overvåke svingeren spissen i TEM når du gjør grov tilnærming av svingeren tips til testen struktur ved å justere knottene på TEM holderen.
    1. Flytt svinger tuppen av TEM holderen i nærheten av V + pad (≤ 500 nm). Ta med svingeren tips til samme nivå (Z: høyde) som puten. Tune posisjonen av spissen og gjøre spissen vender mot midten av V + puten.
  3. Kontakt svinger tips til V + pad. Sett en svært lav spenning på spissen (0,5 V til ca 1 V) mens nærmer puten. Overvåke nåværende simultaneously å sørge for at kontakten er etablert.

5. I Situ TDDB Experiment

  1. Bruk en akselerert spenning på 200 kV i TEM. Flytt elektronstråle til området av interesse; velge en skikkelig forstørrelse og fokusere bildet.
  2. Bruk belysnings trinnene (≤ 8) lave for å redusere strålen skade på teststrukturen. Bruk en kondensator åpning for å lokalisere belysningsområdet bare i den tynne del av H-bar prøven.
  3. Påfør en konstant spenning (≤ 40 V) på "tip-to-tip" struktur med SourceMeter under opptak TEM bildene i situ (2-3 bilder / sek). Ta opp bildene automatisk ved hjelp av en selv manus kode, for eksempel ved hjelp av DigitalMicrograph programvare.
  4. Pause eksperimentet når ser en tilsynelatende diffusjon av metall inn i ULK dielectrics og gjøre Electron Spektroskopiske Imaging (ESI) kjemisk analyse.
    1. Sett filteret slit åpning inn i OMEGen energi filter i TEM.
    2. Tune bredden av filteret silt åpningen for å få en riktig energi bredde (10-20 eV) i elektronenergitapet spektrum (fisk).
    3. Shift energien til kobber M-edge adsorpsjon topp i ål.
    4. Gå tilbake til bildemodus for å skaffe seg en energi filtrert TEM bilde på Cu M-edge absorpsjonstopp.
    5. Skift energien til pre-kanten av kobber M-kant og få en annen energi filtrert TEM bilde.
    6. Korriger drift av prøven mellom de to bildene.
    7. Fordel det første bildet av den andre for å få hoppe forholdet bilde av Cu.
  5. Fortsett TDDB eksperiment: nytt en konstant spenning (≤ 40 V) på "tip-to-tip" struktur med SourceMeter og registrere TEM bilder.

6. computertomografi

  1. Utfør TEM computertomografi når TDDB forsøket er ferdig, for å få 3D distribusjon informasjon om diffused partikler.
  2. Vipp prøven og spille inn en tilt serie 138 °. Bruk en tilt trinn på 1 °, og lagre bildet på alle trinn i den lyse feltet (BF) STEM modus.
  3. Rekonstruere serien (inkluderer innretting bilder, å bestemme helningsaksen, rekonstruere volum og segmentering for å danne 3D tomografisk volum).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 4 viser lyse feltet (BF) TEM bilder fra en in situ test. Det er delvis brutt TaN / Ta barrierer og pre-eksisterende Cu-atomer i ULK dielectrics før den elektriske test (Figur 4A) på grunn av utvidet lagring i ambient. Etter bare 376 sekunder ved 40 V, det dielektriske sammenbrudd i gang og ble ledsaget med to store migrasjonsveier av kobber fra M1 metall, som har et positivt potensial med hensyn til den første side 15-16. Det diffuserte Cu partikler i ULK dielektrika er vist i BF TEM bildet etter den endelige nedbrytning (figur 4B).

I en feilfri prøve, dvs. rask overføring mellom FIB forberedelse og TEM imaging (Figur 5A), er "tip-to-tip" struktur intakt uten skader i TaN / Ta barriere. Samme spenning (40 V) ble påført på denne prøven. Denne prøven overlevd i mer enn 50 min førnedbryting oppstått på grunn av det intakte tan / Ta barriere. TEM bildet etter nedbrytning er vist i figur 5B. Angivelig, metallatomer migrert inn i SiO 2 fra bunnen hjørne av M1 metall, som har et positivt potensial angitt med en rød pil 17. ESI kjemisk analyse (figur 5C) viser at det er en migrering av Cu ved bruddgrenseflaten mellom sjiktet SiCN og ULK dielektrika, som ikke kunne bli detektert fra kontrasten i BF TEM bildet i figur 5B. Kombinasjonen av ESI kjemisk analyse og in situ TDDB eksperiment i TEM muliggjør en undersøkelse av TDDB feilmekanisme og nedbrytningskinetikk 15-16 i en mer direkte og omfattende måte.

Tomografi er et valg for å karakterisere 3D fordeling av Cu partikler som diffust ut fra den positive siden av "tip-to-tip" struktur. Figur6B viser en bit av en 3D-rendering av prøven kjøpt av computertomografi i TEM. De gule partikler som representerer de migrerte Cu-partikler i SiO2.

Figur 1
Figur 1. Skjematisk bilder av forsøket før prøven settes i scanning elektronmikroskop (SEM). (A) En hel skive. (B) En brikke fra den fullstendige wafer. (C) Et mål bar med en "tip-to-tip" struktur på en Cu halv ring som er limt på et utvalg scenen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2. en H-bar prøve fremstilt ved hjelp av den fokuserte stråle ion (FIB) teknikk i SEM og et skjematisk bilde av "spiss-til-spiss" -struktur. (A) og (B) i SEM. (C) skjematisk av en "tip-to-tip" struktur. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3. Eksperimentell oppsett i transmisjonselektronmikroskop (TEM). (A) Skjematisk bilde av kontakten nærmer prosessen. (B) STEM bilde av oppsettet før in situ TDDB eksperiment. Klikk her for å se en større versjon av ther figur.

Figur 4
Figur 4. Representant TEM bilder for en "tip-to-tip" struktur med diffust Cu inn i ULK dielectrics før in situ forsøket. (A) før den elektriske test. (B) Etter den elektriske test. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figur 5. Representant TEM bilder for en feilfri "tip-to-tip" struktur. (A) Bright feltet (BF) TEM bildet før det elektriske test. (B) BF TEM bilde etter den elektriske test. (C) Electron spektroskopiske bilde av Cu distribusjon. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 6
Figur 6. STEM bilde og 3D-rendering av en "tip-to-tip" struktur etter den elektriske test. (A) STEM bilde. (B) 3D-rendering av prøven kjøpt av computertomografi i TEM (Blå: "Tip-to-tip" struktur, Gul: Cu partikler, Grønn: Transistor strukturen under).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Forutsetningen for suksess i TDDB forsøket er god prøvepreparering, spesielt i FIB maleprosessen i SEM. For det første, har en tykk Pt lag på toppen av "spiss-til-spiss" struktur som skal avsettes. Tykkelsen og størrelsen av Pt laget kan justeres av operatøren SEM, men må følge tre prinsipper: (1) tykkelse og størrelse er tilstrekkelig til å beskytte målområdet fra mulige ionestråle skader under hele maleprosessen; (2) Det er fortsatt et relativt tykt Pt lag (≥ 400 nm) på toppen av prøven igjen etter fresing, beskytter det sarte prøven fra interne og eksterne påkjenninger og minimerer bidraget fra stress til dielektrisk sammenbrudd i neste TDDB eksperiment; (3) Størrelsen bør ikke være for stor, ellers kan det dannes en ledende bane mellom de to elektrodene som anvendes for å påføre spenningen til teststrukturen. Videre er nøkkeltrinn når man skal stoppe ionestrålen av den endelige kuttet.Lone fresing må avbrytes straks når en spesielt utformet Cu "dummy" interconnect struktur foran teststrukturen forsvinner, fordi de sentrale Cu sammenkoblinger bestå av "spiss-til-spiss" struktur, og det er bare ~ 60 nm mellomrom mellom dem. Det vil være for sent hvis "tip-to-tip" struktur vises i levende SEM bilde. Tykkelsen av H-bar TEM lamellen er rettet til å være omtrent 150-180 nm. Denne tykkelsen gjør at elektron åpenhet i TEM på 200 kV akselerasjonsspenning og også holder en relativt tykk dielektrisk på sidene som kapsle "tip-to-tip" struktur. På den annen side vil prøvetykkelse på 150-180 nm forårsake betydelig flere uelastisk spredning under ESI kjemiske analysen, da har disse virkninger må tas i betraktning i det resultatanalyse også.

Når du håndterer eller overføring av prøven, bruke en antistatisk håndledds stras. Dette er svært viktig, siden elektrostatisk utladning skade på flere prøver ble observert i vårt eksperiment hvis antistatisk armbånd ikke var utslitt. Det mest avgjørende overføring skritt er overføring fra SEM til TEM. Overføringen tiden må strengt begrenset innenfor 15 min eller mindre. En lang tid eksponering av prøven i omgivende luft kan absorbere fuktighet og skade "tip-til-tips" struktur, er et eksempel som er vist i figur 4A. Denne prøve ble lagret i omgivelsesluft i to uker før testen. Den brutt tan / Ta barriere påvirker den iboende feilmekanisme og forkorter levetiden av teststrukturen. Massive Cu diffusjon blir så aktivert.

En bekymring for in situ TDDB studie i TEM er strålen skade på ULK dielectrics. Derfor er det svært viktig å minimalisere påvirkning av strålen på eksperimentet 18. Flere strategier kan velges for å redusere denne påvirkning, men det kanikke elimineres helt. Opsjonene kan kategoriseres i tre tilnærminger. En mulighet er å bruke en liten kondensator åpning for å redusere den totale energimengde avsatt i H-bar type prøve 18. Det andre alternativet er å drive TEM ved lav spenning (≤ 80 kV) 19-21 og / eller lav elektron dose 22-25. Dette alternativet er forventet å direkte redusere strålen skade på prøven. Videre kan scanning TEM (STEM) -modus være en lav-dose mikros teknikk også, hvis de eksperimentelle parametere er valgt riktig. Derfor bør STEM modus prioriteres hvis det er et mulig alternativ i TEM brukt. Velge dempet lys og opptak TEM bilder med en utvalgt, rimelig intervalltiden (lav dose) er også anbefalt 18 til å resultere i ytterligere redusert skade strålen.

Bortsett fra den iboende TDDB kunne TEM prøveopparbeidelse og TEM observasjon teoretisk påvirke den endelige breakdown. Ikke desto mindre, til TDDB skaden mekanismen observeres er antatt å være gyldig, fordi: (1) med mye mindre TEM bestråling (lav-dose STEM imaging, lav belysningstrinn og opptak av bilder hvert 30 min / 1 h), testprøven viste lignende svikt mekanismer som i vår forrige TEM observasjon (opptak bilder kontinuerlig, relativt høy dose TEM-modus) 16-18; (2) det elektriske feltet ble bekreftet som den drivende kraft, og opprinnelsen til migrering av metallpartikler 17 (figur 5B og 6A) ved å reversere den elektriske forbindelse; (3) migrering av metallpartikler og dielektrisk sammenbrudd ble observert både på bestemte steder hvor tip-til-spiss avstanden er forholdsvis liten og Ta / TaN barrieren er forholdsvis tynn, ikke overalt inne i belysningsområdet på TEM bjelke; (4) et tykt lag av Pt avsetning på toppen av prøven hindrer mesteparten av forurensningen fra den vertikale implantering av Ga-ioner - TEst struktur antas å være hovedsakelig fritt for forurensninger, selv om det er en liten mengde forurensning på overflaten av sideveggene (ca. 60 nm) fra den laterale skade av Ga-ioner. Derfor bør prøvepreparering og TEM observasjon ikke påvirke tolkningen av den iboende feilmekanisme til en betydelig mengde.

Behovet for avanserte prosedyrer for prøveopparbeidelse og den eksperimentelle oppsettet er trolig den største ulempen. Denne metodikken er kun aktuelt for spesielt utviklet test struktur. Derfor, utformingen og den kompliserte fabrikasjonsprosessen for den dedikerte teststrukturen fører til ganske mer arbeid sammenlignet med konvensjonelle testmetoder. Til slutt er det verdt å påpeke at modifiseringen av prøven ved bestråling i TEM er uunngåelig hvis elektronstrålen belyser den skjøre prøven i svært lang tid. Likevel mener vi at denne metoden kan enagjengelig studiet av TDDB feilmekanismer og nedbrytningskinetikk.

Videreutvikling på eksperimentet kan være i stand til å gi kvantitative data for Cu migrasjon i dielectrics som en funksjon av påtrykt spenning og / eller tid og bidra til å utvikle en mer passende modell for Cu / ULK on-chip interconnect stabler. I vår undersøkelse ESI signal fra et Cu bro ved bunnen av SiCN lag som vist i figur 5C peker klart på at Cu mest sannsynlig diffunderer langs hoved dielektriske / SiCN grensesnitt. Denne øvre overflaten av hoved dielektriske påvirkes av prosessen og planarisering forventes å ha den høyeste mengden av ufullkommenheter / defekter, så som fører til en forholdsvis svak grenseflate mot SiCN lag. Diffusjonelle prosesser, slik at betydelige Cu bevegelse, bør skje der. Den elektroniske ledningsmekanisme, forut for Cu diffusjon og fører til dielektrisk skade, bør følge Poole-Frenkel atferd, Therefmalm favoriserer √E-modell. Et avvik fra denne modellen, kan ikke utledes med den her foreslåtte eksperimentelle metoden likevel på grunn av den store skjevheter som trengs for å muliggjøre testing av rimelige tider. Det bør bemerkes skjønt at å senke de anvendte spenninger og resulterende elektriske felt bør være en av de fremtidige oppgaver i raffinering her beskrevet eksperimentell metodikk. Selve chip drifts skjevheter er i størrelsesorden 1 til 3 V. De her anvendte spenninger er ganske høyere derfor andre effekter kan spille en dominerende rolle ved de forhøyede spenninger. For dette formål ble det utviklet nye teststrukturer som har et betydelig redusert mellomrom i størrelsesorden 20 til 50 nm. Da kan mindre spenninger brukes og eksperimentelle data kan fortsatt være kjøpt i en rimelig tid. Bevegelsen av Cu, eventuelt elimineres ved lave skjevheter på grunn av eksistensen av en terskel for dielektrisk skader oppstår, kan da bli karakterisert som en funksjon av anvendt skjevhet og tid. Dette arbeidet will være en del av en kommende studie og kunne bevise eller motbevise støtskader modellen, som fra en fysisk skade mekanismen perspektiv er for tiden den mest sannsynlige modellen til å beskrive TDDB effekter ved lave skjevheter 10.

Overføring X-Ray Mikroskopi (TXM) kan bli vedtatt for dette eksperimentet så godt hvis den romlige oppløsningen kan forbedres til mye mindre enn 10 nm. Enda viktigere, kan bedre overføringsevne og lavere strålingsdose enn i TEM øke dens anvendelse på andre aktive mikroelektroniske anordninger.

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 tidsavhengig dielektriske sammenbrudd pålitelighet kobber sammenkoblings degraderingskinetikk, ultra-low-k (ULK) materiale
<em>In Situ</em> Tidsavhengig Dielektrisk Sammenbrudd i transmisjonselektronmikroskop: En Mulighet til å forstå feilmekanisme i Mikro Devices
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