Transmisyon Elektron Mikroskobu Situ Zamana bağlı Dielektrik Dağılımı In: Bir imkanı Mikroelektronik aygıtlar Başarısızlık Mekanizması Anlayın

Aşağıdaki deneyin genel amacı, prosedürü geliştirmektir. Bakır, ultra düşük K ara bağlantı yığınlarındaki zamana bağlı dielektrik bozulma hata mekanizmalarını ve bozunma kinetiğini incelemek için kullanılır. Bu, tam bir wafer içinde, tamamen kapsüllenmiş bakır ara bağlantılardan oluşan ve ultra düşük K malzemesi ile yalıtılmış özel bir uçtan uca yapı tasarlanarak ve üretilerek gerçekleştirilir.

İkinci bir adım olarak, taramalı elektron mikroskobunda odaklanmış iyon demeti inceltme yöntemiyle bozulmamış bir H bar numunesi hazırlayın. Ardından, elektriksel bağlantıyı kurun ve bir transmisyon elektron mikroskobunda in situ elektriksel testler gerçekleştirin. Bu işlemler, bakır ultra düşük K ara bağlantı yığınlarının bozunma kinetiğini ve hata mekanizmalarını incelemek amacıyla yapılmaktadır.

Sonuçlar, bakır, ultra düşük K ara bağlantı yığınlarındaki bozunma kinetiğini ve zamana bağlı dielektrik kırılım hata mekanizmalarını göstermektedir. Hata analizi genellikle, ya wafer seviyesinde ya da paketlenmiş parçalar üzerinde gerçekleştirilen elektriksel testten sonra yapılır. Bu durum, gerçek hata mekanizması hakkında yalnızca çok sınırlı miktarda bilgi sağlar.

Tekniğimizin temel avantajı, hasar mekanizmasını TEM içinde in situ olarak takip edebiliyor olmamızdır; prosedür teknisyenimiz Yvo Duncan, TM uzmanımız Mula ve laboratuvarımızdaki doktora öğrencisi John tarafından gösterilecektir. Başlamak için, örneğin zarar görmesini önlemek amacıyla antistatik bir bileklik takın. Ardından, gofret üzerindeki uçtan uca yapıların konumlarını işaretleyin.

Ardından, tüm gofretlemi yaklaşık 10 milimetre x 10 milimetrelik küçük çiplere bölmek için elmas bir kalem kullanın. Çipleri, bir dilimleme makinesi kullanarak sıcak balmumu ile altı inçlik bir silikon gofrete sabitleyin. Her bir çipi, uçtan uca yapının merkezinde yer alan 60 mikron x 2 milimetrelik çubuklar elde edecek şekilde kesin.

Ardından, hedef çubuğu hızlı yapıştırıcı kullanarak bakır bir yarım halkaya yapıştırın. Sonra, çubuğu yine hızlı yapıştırıcı kullanarak bakır bir numune tablasına yapıştırın.

Ardından, yarım halka ile bakır numune tablası arasındaki iletkenliği sağlamak için gümüş pasta kullanın. Numuneyi SEM tablası üzerine yerleştirin ve tablayı dikkatlice mikroskoba yerleştirin. Daha sonra, 30 kilovoltluk bir iyon demeti kullanarak platin koruma katmanı eklemek için biriktirme modunu seçin.

İstenen platin tabaka boyutları için yeterli bir verimlilik elde etmek amacıyla akımı yaklaşık 150 pico amp civarına ayarlayın. Benzer bir yöntemle, bir pedi topraklama potansiyeli olarak bakır sahneye bağlamak için bir platin hat oluşturun. Uçtan uca yapıya kalın bir platin tabakası kaplayın.

Bu işlem, odaklanmış iyon demeti inceltme işlemi sırasındaki iyon hasarını minimize ettiği ve ince lamellayı güçlendirdiği için oldukça önemlidir. Üstteki uçtan uca yapının iki pedi arasında herhangi bir iletken bağlantı kurmamaya dikkat edin. Aksi takdirde, yapınızı yok edersiniz.

Hedef çubuğu, 150 ila 180 nanometre kalınlığında bir TEM lamellası şeklinde H çubuğuna dönüştürmek için 30 kilovolt voltaj ve 10 pico amper akım kullanın. Odaklanmış iyon demeti inceltme yöntemiyle pozitif voltaj pedine yakın bir yere çentik açın.

Çentik, TEM'de doğru pedin tanımlanması için bir işaretçi olarak kullanılacak ve transmisyon elektron mikroskobundaki bir transducer ucu ile dokunulacaktır. Numuneye dokunmadan önce antistatik bilek bandını takın. Ardından, hazırlanan hbar numunesini bakır sahne üzerinde tutmaya devam ederek SEM sahnesinden çıkarın.

Bakır sahneyi TEM tutucusuna sabitleyin ve optik mikroskop altında TEM tutucusunun dönüştürücü ucunu test yapısına yaklaştırın. Ardından, numuneyi TEM'e yerleştirin. Numune transfer süresini dikkatlice 15 dakika veya daha kısa tutun. Ortamdaki neme ve oksijene aşırı maruz kalmayı önlemek için TEM tutucusunu kontrol sistemine ve kaynak ölçerine bağlayın.

Ardından hem kontrol sistemini hem de kaynak metresini açın. TEM tutucusu üzerindeki düğmeleri ayarlayarak transducer ucunun test yapısına doğru kaba yaklaşımını başlatın. Yaklaşım sırasında, transducer ucunu pencereden takip edin.

Ardından, TEM tutucusunun transducer ucunu pozitif voltaj pedinin 500 nanometre yakınına getirin. Transducer ucunu pedle aynı Z yüksekliğine getirin ve ardından ucun pozitif voltaj pedinin merkezine bakacak şekilde konumunu ayarlayın. Pozitif voltaj pedine yaklaşırken uçta yaklaşık 0,5 volt ile bir volt arasında bir potansiyel ayarlayın.

Kontak kurulduğunu anlamak için akımı eş zamanlı olarak izleyin. Elektron demetini ilgilenilen bölgeye taşıyın. Uygun bir büyütme seçin ve görüntüye odaklayın.

Test yapısındaki demet hasarını azaltmak için düşük aydınlatma adımları kullanın. Ayrıca, aydınlatma alanını yalnızca hbar örneğinin ince kısmı ile sınırlandırmak için bir kondansatör açıklığı kullanın. C iki'de iki ila üç TEM görüntüsü karesi kaydederken, kaynak ölçer kullanarak uçtan uca yapıya 40 volt veya daha düşük sabit bir voltaj uygulayın.

Metalin ULK dielektriklerine belirgin bir şekilde difüze olduğu görüldüğünde deneyi durdurun ve elektron spektroskopik görüntüleme kimyasal analizini gerçekleştirin. Bunu yapmak için, önce TEM'deki omega enerji filtresine filtre yarık açıklığını yerleştirin.

Elektron enerji kaybı spektrumunda 10 ile 20 elektron volt arasında uygun bir enerji genişliği elde etmek için filtre yarık açıklığının genişliğini ayarlayın. Ardından, enerjiyi elektron enerji kaybı spektrumundaki bakır M Kenarı absorbsiyon pikine kaydırın. Bakır M Kenarı absorbsiyon pikinde enerji filtrelenmiş bir TEM görüntüsü almak için görüntüleme moduna geri dönün.

Ardından enerjiyi bakır M Kenarı'nın ön kenarına kaydırın ve başka bir enerji filtrelenmiş TEM görüntüsü alın, iki görüntü arasındaki numune kaymasını düzeltin ve ardından bakırın sıçrama oranı görüntüsünü elde etmek için birinci görüntüyü ikinciye bölün. Difüzyona uğramış parçacıklar hakkında üç boyutlu bir bilgi dağılımı elde etmek için numuneyi eğin ve 138 dereceden başlayan bir eğim serisi kaydedin. Bir derecelik bir eğim adımı kullanın ve her adımda parlak alan tarama modunda görüntüler kaydedin.

Son olarak, üç boyutlu tomografik bir hacim oluşturmak için görüntü serisini standart teknikler kullanarak yeniden yapılandırın. Burada, bir CQ testinden alınan parlak alan TEM görüntüsü yer almaktadır. Elektriksel testten önce, ortam koşullarında uzun süreli saklama nedeniyle, ultra lokasyon dielektriklerinde kısmen ihlal edilmiş tantal nitrürler, tantal bariyerler ve önceden mevcut bakır atomları bulunmaktadır; 40 volt altında sadece 376 saniye sonra dielektrik kırılması başlamış ve buna, toprak tarafına göre pozitif potansiyele sahip M1 metalinden iki ana bakır göç yolu eşlik etmiştir.

Ultra konumlu dielektriklerdeki yayılmış bakır partikülleri, hatasız bir örnekte de görünmektedir. Uçtan uca yapı, breakdown meydana gelene kadar 50 dakikadan fazla bir süre boyunca tanin nitrit tanin bariyerinde herhangi bir hasar oluşmadan bozulmadan kalmıştır. Metal atomlarının, kırmızı okla belirtilen pozitif potansiyele sahip M1 metalinin alt köşesinden silikon okside göç ettiği görülmektedir.

Burada gösterilen elektron spektroskopik kimyasal analiz, katmanlar arasındaki kırılma arayüzünde bir bakır göç yolu olduğunu kanıtlamaktadır. Bu durum, parlak alan TEM görüntülerinin kontrastından tespit edilememiştir. Tekniğimizin temel avantajı, TDB mekanizmasını in situ ve TEM ile takip edebilmemizdir.

Gördüğümüz şey, bariyerin ihlal edildiği durumda kitlesel bakır difüzyonunun meydana gelebileceği; bariyerin sağlam olduğu alüminyum nitrür ve tantal tabanlı vakalarda ise, en ince noktalarda çözünmenin gerçekleşebildiği ve ardından difüzyonun da bunu takip edebildiği gerçeğidir. Bu durum, özellikle elektronik olmayan ürünlerin ölçek küçültülmesini düşündüğümüzde, bariyer işleminin kontrol altında tutulması gerektiği gerçeğinin altını çok güçlü bir şekilde çizmektedir.