隨著集成電路芯片關鍵尺寸和金屬連線線寬越來越小,傳統(tǒng)的失效點定位方法,如微光顯微鏡或光束誘導電阻變化等,由于分辨率的限制不能精確地定位故障點。電壓襯度分析方法雖然在一些開路、短路失效分析中能快速地定位失效點,但是其局限于芯片同層分析。電子束吸收電流（EBAC）表征方法由于其定位精準且不局限于同層分析被越來越多地應用于先進制程芯片的失效分析。通過對開路、高阻和短路失效樣品的分析,體現(xiàn)了EBAC方法在集成電路芯片失效分析中的獨特優(yōu)勢,在涉及多層金屬層的失效定位分析時,EBAC方法更加簡便精確,可保證分析的成功率并縮短分析周期。 

【文章來源】：半導體技術. 2020,45(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

EBAC方法原理示意圖

圖2所示為晶圓電性能合格測試(wafer acceptance test, WAT)中芯片有源區(qū)內(nèi)接觸孔鏈式結構,圖2(a)和(b)分別為結構的俯視圖和截面圖,圖中AA為有源區(qū),CT為接觸孔,M1為第一層金屬層,有源區(qū)和金屬層通過接觸孔形成鏈狀結構。生產(chǎn)過程中常采用整個鏈式結構的電阻值來監(jiān)測相關制造工藝過程是否存在缺陷。如果電阻值高于或低于標準值,就認為工藝出現(xiàn)異常,需要通過失效分析找到原因。所測樣品有5層金屬層,根據(jù)電阻測試結果,初步認定存在開路失效。根據(jù)經(jīng)驗,導致開路失效最有可能出現(xiàn)的工藝問題是某個或某幾個接觸孔上下界面接觸不良,但是一個鏈式結構可能包含成千上萬個接觸孔,隨機分析一個接觸孔基本不可能找到失效點。對失效樣品1通過平面研磨方式除去M1層以上的金屬層結構直至露出M1層表面,并進行電壓襯度分析。圖3(a)所示為該樣品的M1層電壓襯度像,結果顯示整個鏈式結構亮度一致,沒有發(fā)現(xiàn)明顯的亮暗斷點。由于M1層沒有發(fā)現(xiàn)問題,隨后去掉M1層,對接觸孔進行電壓襯度分析,結果如圖3(b)所示,接觸孔的電壓襯度像也無明顯的亮暗斷點,因此不能定位故障點,無法進行后續(xù)的物性分析。圖3 樣品1的電壓襯度像

圖2 接觸孔鏈式結構示意圖沒有找到樣品1的失效原因,再對具有同類失效現(xiàn)象的樣品2進行分析。使用同樣方法處理到M1層表面,然后用EBAC方法進行分析,圖4所示為樣品2的EBAC圖像,對比圖3(a)的電壓襯度像,鏈式結構中左邊第二列在M1層有明顯的亮暗斷點,說明結構在此處出現(xiàn)了問題。針對這一斷點,沿著亮暗斷點處的M1層長邊方向進行了透射電子顯微鏡(TEM)截面分析,如圖5所示。TEM結果顯示這一段M1層下接觸孔底部大部分沒有接觸到有源區(qū),導致整個鏈狀結構開路。分析認為這種情況可能是芯片制造過程中接觸孔開孔蝕刻時間不夠?qū)е碌�。一般情況下,電壓襯度分析能定位開路結構,而樣品1沒有亮暗斷點,因此認為與樣品2類似,接觸孔沒有完全和有源區(qū)斷開,只在局部區(qū)域與有源區(qū)相連,從而使此處能通過微小電流。這說明結構內(nèi)存在差異較大的電流時通過EBAC方法也能定位失效點。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3591665