Waiting
Login processing...

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

Engineering

In Situ Tidsberoende dielektriska genombrottet i transmissionselektronmikroskop: En möjlighet att förstå mekanismen Fel i Microelectronic Devices

Published: June 26, 2015 doi: 10.3791/52447

Introduction

Eftersom Cu sammanbinder var först infördes i tekniken extremt storskalig integration (ULSI) 1997 1, låg-k och ultra-low-k (ULK) dielektrikum har antagits i back-end-of-line (BEoL) som isoleringsmaterial mellan on-chip anslutningar. Kombinationen av nya material, t.ex. Cu för minskat motstånd och låg k / ULK dielektrikum för lägre kapacitans, övervinner effekterna av ökad resistens-kapacitans (RC) fördröjningen orsakad av samtrafik dimensionell krympning 2, 3. Dock denna förmån inkräktat av den fortsatt aggressiva skalning av mikroelektroniska apparater under de senaste åren. Användningen av lågprisflyg k / ULK material resulterar i olika utmaningar i tillverkningsprocessen och för produktens tillförlitlighet, särskilt om samtrafik tonen når ca 100 nm eller mindre 4-6.

TDDB avser den fysiska skadetypen av ett dielektriskt material såsom en funktion av tidenligt ett elektriskt fält. Den TDDB tillförlitlighetstest utförs vanligtvis under accelererade betingelser (förhöjda elektriska fältet och / eller förhöjd temperatur).

Den TDDB i on-chip samtrafik stackar är en av de mest kritiska skademekanismer för mikroelektronik, som redan har tagit upp intensiva oro i tillförlitlighet samhället. Den kommer att fortsätta att vara i rampljuset av tillförlitlighets ingenjörer sedan ULK dielektrikum med ännu svagare elektriska och mekaniska egenskaper att integreras i enheterna inom avancerade tekniknoder.

Dedikerade experiment har utförts för att undersöka TDDB felmekanism 7-9, och en betydande mängd arbete har investerats för att utveckla modeller som beskriver sambandet mellan elektriska fält och livslängd enheterna 10-13. De befintliga studier gynnar samhället av tillförlitlighets ingenjörer inom mikroelektronik, emellertid många ChallenGES fortfarande existerar och många frågor återstår att besvara i detalj. Till exempel, för att beprövade modeller beskriva de fysiska felmekanism och nedbrytnings kinetik i TDDB processen och respektive experimentell verifiering saknas fortfarande. Som ett särskilt behov, behövs en mer lämplig modell för att ersätta den konservativa √E-modell 14.

Som en mycket viktig del av TDDB undersökningen är typiska felanalys inför en helt ny utmaning, det vill säga ger omfattande och konkreta bevis för att förklara fysiken av skademekanismer och nedbrytnings kinetik. Tydligen inspektera miljontals vias och mätare hos nano Cu linjer en efter en och ex situ avbildning misslyckande webbplats är inte ett lämpligt val för hinder denna utmaning, eftersom det är mycket tidskrävande, och bara begränsad information om kinetiken för skademekanism kan åstadkommas. Därför har en angelägen uppgift framkommit att utveckla ennd att optimera experiment och för att få ett bättre förfarande för att studera TDDB skademekanismer och nedbrytnings kinetik.

I denna uppsats kommer vi att visa in situ experimentell metod för att undersöka felmekanism TDDB i Cu / ULK interconnect stackar. En TEM med förmåga hög bildkvalitet och kemisk analys används för att studera kinetiska processen på särskilda provstrukturer. In situ elektriskt test är integrerad i TEM-experiment för att åstadkomma en förhöjd elektriskt fält till de dielektrika. En skräddarsydd "tip-to-tip" struktur, som består av helt inkapslade Cu anslutningar och isolerad med ett ULK material, är utformad i 32 nm CMOS tekniknoden. Den experimentella proceduren som beskrivits här kan också utvidgas till andra strukturer i aktiva anordningar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Förbereda prov för Fokuserad jonstråle (FIB) gallring (Figur 1)

  1. Cleave hela skivan i små marker (~ 10 mm x 10 mm) med en diamant skrivare.
  2. Markera positionerna för "tip-to-tip" struktur på markerna.
  3. Såg chip med en tärningsmaskin för att få stänger av 60 pm med 2 mm storlek. Baren inbegriper "spets-till-spets" struktur i centrum.
  4. Limma målet fältet på Cu halv ring med hjälp av superlim. Därefter limma baren på en Cu prov skede också med hjälp av superlim. Sedan använder silver klistra för att ställa in lednings mellan halvringen och kopparprovstadiet.
    Obs: Vid hantering av provet, se till att alltid bära ett antistatiskt armband för att förhindra elektrostatiska urladdningar, som kan skada den känsliga strukturen i provet.

2. FIB Gallring i svepelektronmikroskop (Figur 2)

  1. Placera provet som erhölls i steg 1 på enn SEM provstadiet och placera scenen försiktigt i SEM.
  2. Valde deponeringsläge och ställa in mått (area och tjocklek) de nödvändiga Pt skyddsskikt. Använd alltid en 30 kV jonstråle för att bibehålla högsta precision. Ställ strömmen för att få den nöjd effektivitet, beroende på dimensionerna hos det behövs Pt-skikt.
    1. Sätt in en Pt linje att kontakta en dyna till Cu scenen (jordpotential). Därefter avsätta ett tjockt Pt-skikt på toppen av "spets-till-spets" struktur, som är mycket viktigt att minimera jon skador under FIB gallring processen och för att förstärka den tunna lamellen. Detta är ett standardförfarande som används i FIB beredning.
    2. Var försiktig att inte införa några ledande vägar mellan de två kuddar på toppen av "tip-to-tip" struktur genom Pt-skikt när du utför Pt nedfall. Alla ledande bana kommer kort den elektriska kretsen (Figur 2A och B).
  3. FIB fräsning
    1. Använd en spänning på 30 kV och strömmen av 10 pA för final cut. Tunna målet bar i en H-bar TEM lamell med en tjocklek mellan 150 och 180 nm.
    2. Skär en skåra i närheten av dynan (V + pad) som kommer att beröras av en givarspets i TEM. Använd skåran som en markör för att identifiera rätt pad i TEM.

3. Prov Transfer från SEM till TEM

  1. Sätt på antistatiskt armband innan du rör provet.
  2. Demontera beredd H-bar prov från SEM scenen. Håll provet på Cu scenen när du tar bort det från SEM.
  3. Fäst Cu scenen på TEM hållaren. Flytta givaren spetsen av TEM hållaren nära teststruktur (några hundra mikrometer borta från teststruktur) i optiskt mikroskop.
    1. Sätt TEM hållaren i TEM noga. Inte använda någon rengöringsbehandling (t.ex. plasma rengöring) under transfer processen, annars lamellen kan påverkas.
  4. Håll tiden för provöverförings inom 15 minuter eller kortare för att undvika alltför mycket exponering för omgivande fukt och syre.

4. Upprätta den elektriska anslutningen (Figur 3)

  1. Anslut TEM innehavaren att dess kontrollsystem och SourceMeter. Slå sedan på styrsystemet och SourceMeter.
  2. Övervaka givarspetsen i TEM när du gör grov tillvägagångssätt givaren tips till teststrukturen genom att ställa vreden på TEM hållaren.
    1. Flytta givaren spetsen av TEM hållaren nära till V + pad (≤ 500 nm). Ta givaren spetsen till samma nivå (Z: höjd) som dynan. Trimma positionen av spetsen och göra spetsen mot mitten för V + dynan.
  3. Kontakta givaren tips till V + pad. Ställ en mycket låg spänning på spetsen (0,5 V till ca 1 V) medan närmar dynan. Övervaka aktuell simultaneously att se till att kontakten är etablerad.

5. In situ TDDB Experiment

  1. Använd en påskyndad spänning på 200 kV i TEM. Flytta elektronstrålen till området av intresse; välja en lämplig förstoring och fokusera bilden.
  2. Använd låga belysningssteg (≤ 8) för att minska strålen skador på teststrukturen. Använd en kondensor öppning för att lokalisera belysningsområdet endast inom den tunna delen av H-bar prov.
  3. Applicera en konstant spänning (≤ 40 V) på "spets-till-spets" struktur med användning av SourceMeter under inspelning av TEM-bilder in situ (2-3 bilder / sek). Spela in bilderna automatiskt med hjälp av en själv manus kod, till exempel med hjälp av DigitalMicrograph programvaran.
  4. Pausa försöket när man ser en uppenbar diffusion av metall i ULK dielektrikum och göra Electron Spectroscopic Imaging (ESI) kemisk analys.
    1. Sätt in filtret slitsöppningen in i OMEGen energi filter i TEM.
    2. Tune bredden av filter silt öppningen för att få en ordentlig energi bredd (10-20 eV) i elektronenergiförlustspektrum (EELS).
    3. Flytta energi till koppar M-kant adsorption topp i ål.
    4. Gå tillbaka till bildläget att få en energi filtrerad TEM bild på Cu M-kant absorptionstopp.
    5. Flytta energi till pre-kant av koppar M-kant och få en annan energi filtrerad TEM bild.
    6. Rätta drift av provet mellan de två bilderna.
    7. Dela den första bilden av den andra för att få hoppa förhållandet bilden av Cu.
  5. Fortsätta TDDB experiment: applicera en konstant spänning (≤ 40 V) på "spets-till-tip" struktur med hjälp av SourceMeter och spela in TEM-bilder.

6. datortomografi

  1. Utför TEM datortomografi när TDDB experimentet är klar, för att få 3D informationsspridning om diffused partiklar.
  2. Luta provet och spela in en lutning serie av 138 °. Använd en lutning steg på 1 °, och spela in bilden under varje steg i den ljusa fält (BF) STEM läge.
  3. Rekonstruera serien (inkluderar anpassa bilder, bestämma tiltaxel, rekonstruera volym och segmentering för att bilda 3D tomografiska volym).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 4 visar ljusa fält (BF) TEM bilder från en in situ-test. Det är delvis brutit TaN / Ta hinder och befintliga Cu atomer i ULK dielektrikum före elektriska testet (figur 4A) på grund av förlängdes lagring i omgivningen. Efter endast 376 s vid 40 V, började den dielektriska genombrottet och åtföljdes med två större migreringsvägar av koppar från M1 metall, som har en positiv potential med avseende på jordsidan 15-16. De diffunderade Cu partiklar i ULK dielektrika visas i BF TEM-bild efter den slutliga fördelningen (Figur 4B).

I en felfri prov, det vill säga, är snabb överföring mellan FIB förberedelse och TEM avbildning (Figur 5A) "toppen-to-tip" struktur intakt utan några skador i TaN / Ta barriär. Samma spänning (40 V) applicerades på detta prov. Detta prov överlevde i mer än 50 min tillsfördelningen uppstått på grund av den intakta TaN / Ta barriär. TEM bild efter Fördelningen visas i figur 5B. Tydligen, metallatomer migrerade till SiO 2 från nedre hörnet av M1 metall, har en positiv potential indikeras av en röd pil 17. ESI kemisk analys (Figur 5C) visar att det finns en migrering av Cu vid fraktur gränssnittet mellan SiCN skiktet och ULK dielektrika, som inte kunde detekteras från kontrasten i BF TEM-bild i figur 5B. Kombinationen av ESI kemisk analys och in situ TDDB experiment i TEM möjliggör en undersökning av TDDB felmekanism och nedbrytnings kinetik 15-16 i en mer direkt och omfattande sätt.

Tomografi är ett val att karakterisera 3D distributionen av Cu-partiklar som diffunderade ut från den positiva sidan av "spets-till-spets" struktur. Figur6B visar en del av en 3D-rendering av provet förvärvats av datortomografi i TEM. De gula partiklar representerar de migrerade Cu partiklar i SiO 2.

Figur 1
Figur 1. Schematisk bilder av experimentet innan provet förs in i svepelektronmikroskop (SEM). (A) En fullständig skiva. (B) Ett chip från den fullständiga skivan. (C) Ett mål bar med en "spets-till-tip" struktur på en Cu halv ring som limmas på ett prov scen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2
Figur 2. En H-bar prov tillverkas genom den fokuserade jonstrålen (FIB) -teknik i SEM och en schematisk bild av "spets-till-spets" struktur. (A) och (B) i SEM. (C) Schemat för en "spets-till-tips" struktur. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3. Försöksuppställning i transmissionselektronmikroskop (TEM). (A) Schematisk bild av kontakten närmar processen. (B) STEM bild av installationen före in situ TDDB experiment. Klicka här för att se en större version av thär figur.

Figur 4
Figur 4. Representant TEM bilder för en "spets-till-tip" struktur med diffust Cu i ULK dielektrikum före in situ experiment. (A) före den elektriska testet. (B) Efter den elektriska testet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 5
Figur 5. Representant TEM bilder för en felfri "tip-to-tips" struktur. (A) Bright fält (BF) TEM bild innan den elektriska testet. (B) BF TEM bild efter den elektriska testet. (C) Electron spektroskopiska bild av Cu distributionen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 6
Figur 6. STEM bilden och 3D-rendering av en "spets-till-spets" struktur efter att den elektriska testet. (A) STEM bild. (B) 3D-rendering av provet förvärvats av datortomografi i TEM (Blue: "Tip-till-tip" struktur, Gul: Cu-partiklar, Grön: Transistor struktur under).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Förutsättningen för framgång i TDDB experimentet är god provberedning, särskilt i FIB malningsprocessen i SEM. För det första har ett tjockt Pt-skikt på toppen av "spets-till-spets" struktur som skall avsättas. Tjockleken och storleken av Pt-skikt kan justeras genom SEM operatören, men måste följa tre principer: (1) Tjockleken och storleken är tillräckligt för att skydda målområdet från möjlig jonstråle skador under hela malningsprocessen; (2) Det finns fortfarande ett relativt tjockt Pt-skikt (≥ 400 nm) på toppen av provet kvar efter målningen, det skyddar den känsliga provet från inre och yttre påfrestningar och minimerar bidrag påkänning på dielektriska genombrottet i nästa TDDB experimentet; (3) Storleken bör inte vara för stor, annars en ledande bana kan bildas mellan de två dynorna som används för att applicera spänning till teststruktur. Dessutom är det viktigt steg när du ska sluta jonstrålen i Final Cut.Den jonfräsning måste avbrytas omedelbart när en särskilt utformad Cu "dummy" förbindningsstruktur framför teststrukturen försvinner, eftersom de centrala Cu anslutningarna utgörs av "spets-till-spets" struktur och det finns bara 60 nm utrymme ~ mellan dem. Det kommer att vara för sent om "tip-to-tip" struktur visas i live-SEM-bild. Tjockleken på den H-formade TEM lamell är riktade för att vara ca 150 till 180 nm. Denna tjocklek gör elektron insyn i TEM vid 200 kV accelerationsspänning och även håller en relativt tjock dielektrisk på sidorna som inkapslar den "spets-till-spets" struktur. Å andra sidan, kommer provtjocklekar på 150-180 nm orsaka betydande flera oelastisk spridning under ESI kemisk analys, därför dessa effekter måste beaktas i resultatanalys samt.

Vid hantering eller överföring av provet, bära ett antistatiskt handleds strasid. Detta är mycket viktigt, eftersom elektrostatiska skador urladdning på flera prover observerades i vårt experiment om antistatiskt armband inte bars. Den mest avgörande överföringssteg är överföringen från SEM till TEM. Överföringstiden måste vara strikt begränsad inom 15 min eller mindre. En lång tid exponering av provet i luften kan absorbera fukt och skada "spets-till-spets" struktur, är ett exempel som visas i figur 4A. Detta prov lagrades i omgivande luft i två veckor före provet. Den åsido TaN / Ta barriär påverkar den inneboende felmekanism och förkortar livslängden på teststruktur. Massive Cu diffusion därefter aktiveras.

En oro för in situ TDDB studie i TEM är strålen skador på ULK dielektrikum. Därför är det mycket viktigt att minimera inverkan av strålen om försöket 18. Flera strategier kan väljas för att minska denna påverkan, men det kaninte elimineras helt. Optionerna kan delas in i tre strategier. En möjlighet är att använda en liten kondensator öppning för att minska den totala mängden energi som deponeras i provtypen H-bar 18. Det andra alternativet är i drift TEM vid låg spänning (≤ 80 kV) 19-21 och / eller låg elektron dos 22-25. Detta alternativ förväntas direkt minska strålen skador på provet. Dessutom kan skannings TEM (STEM) läge vara en låg dos mikroskopi teknik samt, om de experimentella parametrarna är korrekt valt. Sålunda bör STEM läget prioriteras om det är ett möjligt alternativ i TEM används. Välja låg belysningens ljusstyrka och registrering av TEM bilder med ett valt, rimlig intervalltiden (låg dos) rekommenderas också 18 resultera i ytterligare minskad skada stråle.

Bortsett från den inneboende TDDB, kan beredningen TEM provet och TEM observation teoretiskt påverka slut breakdown. Trots att TDDB skademekanism observerade tros vara giltigt skäl: (1) med mycket mindre TEM strålning (låg dos STEM avbildning, låg belysning steg och inspelnings bilder varje 30 min / 1 timme), provet visade liknande fel mekanismer som i våra tidigare TEM observation (inspelnings bilder kontinuerligt, relativt hög dos TEM-läge) 16-18; (2) det elektriska fältet bekräftades som den drivande kraften och ursprunget för migreringen av metallpartiklar 17 (fig 5B och 6A) genom att reversera den elektriska anslutningen; (3) vandring av metallpartiklar och dielektriskt genombrott var båda observerades vid specifika platser där spetsen till spetsavståndet är relativt liten och den Ta / TaN barriären är relativt tunn, inte överallt inuti belysningsområdet av TEM stråle; (4) ett tjockt skikt av Pt avsättning på toppen av provet förhindrar det mesta av föroreningen från den vertikala implantation av Ga joner - TEst struktur antages vara huvudsakligen kontamineringsfri även om det finns en liten mängd av föroreningar på ytan av sidoväggarna (ca 60 nm) från den laterala skador på Ga joner. Därför bör provberedning och TEM observation inte påverka tolkningen av den inneboende fel mekanism för att en betydande mängd.

Behovet av sofistikerade rutiner för provberedning och experimentuppställning är förmodligen den största nackdelen. Denna metod gäller endast för den specifikt konstruerade teststruktur. Därför design och komplicerade tillverkningsprocessen för den särskilda teststruktur leda till ganska fler insatser jämfört med konventionella testmetoder. Slutligen är det värt att påpeka att ändringen av provet genom strålebestrålning i TEM är oundvikligt om elektronstrålen belyser den känsliga provet under en mycket lång tid. Ändå tror vi att denna metod burk ENAble studiet av TDDB felmekanismer och nedbrytnings kinetik.

Vidareutveckling om försöket kan ha möjlighet att ge kvantitativa data för Cu migration i dielektrika som en funktion av pålagd spänning och / eller tid och bidra till att utveckla en mer lämplig modell för Cu / ULK on-chip samtrafik stackar. I vår studie, ESI-signalen av en Cu-bron vid botten av SiCN skiktet såsom visas i fig 5C pekar tydligt på det faktum att Cu troligen diffunderat längs huvud dielektriska / SiCN gränssnittet. Denna övre ytan av dielektriska huvud påverkas av utplanande processen och förväntas ha det högsta beloppet ligger brister / defekter, sedan leder till en relativt svag gränssnitt med SiCN skiktet. Diffusion processer, vilket möjliggör betydande Cu rörelse, bör ske där. Den elektroniska ledningsmekanism, som föregår Cu spridning och leda till dielektriskt skador, bör följa Poole-Frenkel beteende, therefmalm gynnar √E-modellen. En avvikelse från denna modell kan inte härledas med här föreslagna experimentell metod ännu på grund av de stora fördomar som behövs för att möjliggöra rimliga testa gånger. Det bör dock noteras att sänka de pålagda spänningarna och den resulterande elektriska fält bör vara en av de framtida uppgifter i förfina här beskrivna experimentell metodik. Faktisk chip drifts fördomar är i storleksordningen 1 till 3 V. De här tillämpade spänningarna är mycket högre, därför andra effekter kan spela en mer framträdande roll vid de förhöjda spänningar. För detta ändamål har nya teststrukturer utformade som har en signifikant minskad avstånd i storleksordningen 20 till 50 nm. Sedan kan mindre spänningar tillämpas och experimentella data kan fortfarande förvärvas inom en rimlig tid. Rörelsen av Cu, möjligen elimineras vid låga förspänner på grund av förekomsten av ett tröskelvärde för dielektrisk skada inträffa, skulle då kunna kännetecknas som en funktion av pålagd förspänning och tid. Dessa ansträngningar will vara en del av en kommande studie och kunde bevisa eller motbevisa stötskador modellen, som från en fysisk skada mekanism perspektiv är för närvarande den mest sannolika modell för att beskriva TDDB effekter vid låga fördomar 10.

Transmission röntgenmikroskopi (TXM) kan antas för detta experiment samt om den rumsliga upplösningen skulle kunna förbättras för mycket mindre än 10 nm. Ännu viktigare, kan bättre överföringsförmåga och lägre stråldos än i TEM öka sin ansökan om andra aktiva mikroelektroniska anordningar.

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 tidsberoende dielektriska sammanbrott tillförlitlighet koppar samtrafik nedbrytnings kinetik, ultra-low-k (ULK) material
<em>In Situ</em> Tidsberoende dielektriska genombrottet i transmissionselektronmikroskop: En möjlighet att förstå mekanismen Fel i Microelectronic 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