In Situ Tijdafhankelijk Diëlektrische Breakdown in de Transmission Electron Microscope: een mogelijkheid om het faalmechanisme in Microelectronic Devices Begrijp

Aangezien Cu interconnects eerst werden geïntroduceerd in de ultra-grootschalige integratie (ULSI) technologie in 1997 ^1, low-k en ultra-low-k (ULK) dielectrics zijn vastgesteld in de back-end-of-line (BEOL) als het isolatiemateriaal tussen de on-chip interconnects. De combinatie van nieuwe materialen, bijvoorbeeld Cu verlaagde weerstand en lage-k / ULK diëlektrica lagere capaciteit, overwint de effecten van verhoogde weerstand-condensator (RC) vertraging door interconnect dimensionele krimp ^{2, 3.} Dit werd echter voordeel aangetast Door de voortdurende agressieve schaling van micro-elektronische inrichtingen in de afgelopen jaren. Het gebruik van low-k / ULK materialen resultaten in verschillende uitdagingen in het productieproces en voor de betrouwbaarheid van het product, in het bijzonder als de interconnect toonhoogte bereikt ongeveer 100 nm of minder ^4-6.

TDDB betrekking op de fysieke faalmechanisme een diëlektrisch materiaal als functie van de tijdonder een elektrisch veld. De TDDB betrouwbaarheid test wordt meestal uitgevoerd onder versnelde omstandigheden (verhoogde elektrisch veld en / of verhoogde temperatuur) uitgevoerd.

De TDDB in on-chip interconnect stapels is één van de meest kritieke storing mechanismen voor de micro-elektronische inrichtingen, die reeds intense bezorgdheid betrouwbaarheid gemeenschap verhoogd. Het zal blijven in de schijnwerpers van de betrouwbaarheid ingenieurs sinds ULK dielectrics met nog zwakker elektrische en mechanische eigenschappen worden geïntegreerd in de apparaten in geavanceerde technologie nodes.

Dedicated experimenten zijn uitgevoerd om de TDDB faalmechanisme ^7-9 onderzoeken, en een aanzienlijke hoeveelheid werk gestoken modellen waarin de relatie tussen elektrisch veld en de levensduur van de apparaten ^10-13 beschrijven ontwikkelen. De bestaande studies ten goede aan de gemeenschap van betrouwbaarheid ingenieurs in de micro-elektronica; echter veel ChallenGES bestaan ​​nog steeds en veel vragen moeten nog worden beantwoord in detail. Bijvoorbeeld, bewezen modellen om de fysieke faalmechanisme en afbraakkinetiek beschrijven in het TDDB proces en de respectievelijke experimentele verificatie nog ontbreken. Als een bepaalde behoefte, is een geschikt model nodig conservatieve √E-model ¹⁴ plaats.

Als een zeer belangrijk onderdeel van de TDDB onderzoek, is typisch niet-analyse geconfronteerd met een ongekende uitdaging, dat wil zeggen, het verstrekken van uitgebreide en hard bewijs om de fysica van faalmechanismen en degradatie kinetiek verklaren. Blijkbaar inspecteren miljoenen vias en meters van nanoschaal Cu lijnen een voor een en ex situ beeldvorming van de mislukking site is niet de juiste keuze om hindernis deze uitdaging, want het is zeer tijdrovend, en slechts beperkte informatie over de kinetiek van de schade mechanisme kan worden verstrekt. Daarom is een dringende taak ontstaan ​​om een ​​te ontwikkelennd om experimenten te optimaliseren en om een ​​betere procedure naar de TDDB faalmechanismen en degradatie kinetiek te bestuderen.

In dit artikel zullen we zien een in situ experimentele methode om de TDDB faalmechanisme in Cu / ULK interconnect stapels onderzoeken. Een TEM met de mogelijkheid van hoge beeldkwaliteit en chemische analyse wordt gebruikt om de kinetische werkwijze in gespecialiseerde teststrukturen bestuderen. De in situ elektrische test wordt geïntegreerd in de TEM experiment verhoogde elektrisch veld leveren aan de diëlektrica. Een aangepaste "tip-to-tip 'structuur, bestaande uit een volledig ingekapseld Cu interconnects en geïsoleerd door een ULK materiaal, is ontworpen in de 32 nm CMOS technologie node. De hier beschreven experimentele procedure kan ook worden uitgebreid tot andere structuren in actieve inrichtingen.