En Desglose dieléctrica Situ dependiente del tiempo en el microscopio electrónico de transmisión: una posibilidad de comprender el mecanismo de falla en los dispositivos microelectrónicos

Desde interconecta Cu se introdujeron en primer lugar a la tecnología de integración a gran escala de ultra (ULSI) en 1997 ^1, low-k y ultra-low-k (ULK) dieléctricos se han adoptado en el back-end-of-line (BEOL) como los materiales aislantes entre las interconexiones en el chip. La combinación de nuevos materiales, por ejemplo, Cu para la reducción de la resistencia y de bajo k dieléctricos / ULK de baja capacitancia, supera los efectos del aumento de la resistencia-capacitancia (RC) demorado por causas interconexión dimensiones de contracción ^{2, 3.} Sin embargo, este beneficio fue invadido por la continua escalado agresiva de dispositivos microelectrónicos en los últimos años. El uso de bajo k / ULK materiales da lugar a diversos desafíos en el proceso de fabricación y de la fiabilidad del producto, sobre todo si el terreno de juego interconexión alcanza alrededor de 100 nm o menos ^4-6.

TDDB se refiere al mecanismo de falla física de un material dieléctrico como una función del tiempobajo un campo eléctrico. La prueba de fiabilidad TDDB se lleva a cabo generalmente bajo condiciones aceleradas (campo eléctrico elevado y / o temperatura elevada).

El TDDB en el chip pilas interconexión es uno de los mecanismos de falla más críticos para los dispositivos microelectrónicos, que ya ha planteado intensas preocupaciones de la comunidad fiabilidad. Se seguirá siendo el centro de atención de los ingenieros de fiabilidad desde dieléctricos ULK con propiedades eléctricas y mecánicas, incluso más débiles se están integrando en los dispositivos en los nodos de tecnología avanzada.

Se han realizado experimentos dedicados a investigar el mecanismo de fallo TDDB ^7-9, y una cantidad significativa de esfuerzo se ha invertido para desarrollar modelos que describen la relación entre campo eléctrico y la vida útil de los dispositivos ^10-13. Los estudios existentes benefician a la comunidad de ingenieros de fiabilidad en la microelectrónica; sin embargo, muchos challentodavía existen ges y muchas preguntas aún deben ser respondidas en detalle. Por ejemplo, los modelos probados para describir el mecanismo de fracaso y de degradación cinética físicos en el proceso TDDB y la respectiva verificación experimental todavía se carece. Como una necesidad particular, se necesita un modelo más apropiado para sustituir el conservador √e-modelo ^14.

Como una parte muy importante de la investigación TDDB, análisis típico fracaso se enfrenta a un desafío sin precedentes, es decir, proporcionando evidencia integral y difícil de explicar la física de los mecanismos de falla y la cinética de degradación. Al parecer, la inspección de millones de vias y metros de nanoescala Cu líneas una por una y ex situ de imágenes del sitio fracaso no es la opción adecuada para cañizo este desafío, porque es mucho tiempo, y la información limitada sobre la cinética del mecanismo de daño puede ser proporcionada. Por lo tanto, una tarea urgente ha surgido para desarrollar unnd para optimizar los experimentos y para obtener un mejor procedimiento para estudiar los mecanismos de fallo TDDB y la cinética de degradación.

En este artículo, vamos a demostrar in situ metodología experimental para investigar el mecanismo de falla TDDB en pilas de interconexión Cu / ULK. A TEM con la capacidad de formación de imágenes de alta calidad y análisis químico se utiliza para estudiar el proceso de cinética en estructuras de prueba dedicados. La prueba eléctrica en situ está integrado en el experimento TEM para proporcionar un campo eléctrico elevado para los dieléctricos. Una estructura de diseño "de punta a punta", que consiste en Cu interconecta totalmente encapsulados y aislados por un material ULK, está diseñado en el nodo de la tecnología CMOS de 32 nm. El procedimiento experimental descrito aquí también se puede extender a otras estructuras en dispositivos activos.