电子束吸收电流表征方法在芯片失效分析中的应用

发布时间：2022-01-16 01:27

　　随着集成电路芯片关键尺寸和金属连线线宽越来越小,传统的失效点定位方法,如微光显微镜或光束诱导电阻变化等,由于分辨率的限制不能精确地定位故障点。电压衬度分析方法虽然在一些开路、短路失效分析中能快速地定位失效点,但是其局限于芯片同层分析。电子束吸收电流（EBAC）表征方法由于其定位精准且不局限于同层分析被越来越多地应用于先进制程芯片的失效分析。通过对开路、高阻和短路失效样品的分析,体现了EBAC方法在集成电路芯片失效分析中的独特优势,在涉及多层金属层的失效定位分析时,EBAC方法更加简便精确,可保证分析的成功率并缩短分析周期。 

【文章来源】：半导体技术. 2020,45(03)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

EBAC方法原理示意图

图2所示为晶圆电性能合格测试(wafer acceptance test, WAT)中芯片有源区内接触孔链式结构,图2(a)和(b)分别为结构的俯视图和截面图,图中AA为有源区,CT为接触孔,M1为第一层金属层,有源区和金属层通过接触孔形成链状结构。生产过程中常采用整个链式结构的电阻值来监测相关制造工艺过程是否存在缺陷。如果电阻值高于或低于标准值,就认为工艺出现异常,需要通过失效分析找到原因。所测样品有5层金属层,根据电阻测试结果,初步认定存在开路失效。根据经验,导致开路失效最有可能出现的工艺问题是某个或某几个接触孔上下界面接触不良,但是一个链式结构可能包含成千上万个接触孔,随机分析一个接触孔基本不可能找到失效点。对失效样品1通过平面研磨方式除去M1层以上的金属层结构直至露出M1层表面,并进行电压衬度分析。图3(a)所示为该样品的M1层电压衬度像,结果显示整个链式结构亮度一致,没有发现明显的亮暗断点。由于M1层没有发现问题,随后去掉M1层,对接触孔进行电压衬度分析,结果如图3(b)所示,接触孔的电压衬度像也无明显的亮暗断点,因此不能定位故障点,无法进行后续的物性分析。图3 样品1的电压衬度像

图2 接触孔链式结构示意图没有找到样品1的失效原因,再对具有同类失效现象的样品2进行分析。使用同样方法处理到M1层表面,然后用EBAC方法进行分析,图4所示为样品2的EBAC图像,对比图3(a)的电压衬度像,链式结构中左边第二列在M1层有明显的亮暗断点,说明结构在此处出现了问题。针对这一断点,沿着亮暗断点处的M1层长边方向进行了透射电子显微镜(TEM)截面分析,如图5所示。TEM结果显示这一段M1层下接触孔底部大部分没有接触到有源区,导致整个链状结构开路。分析认为这种情况可能是芯片制造过程中接触孔开孔蚀刻时间不够导致的。一般情况下,电压衬度分析能定位开路结构,而样品1没有亮暗断点,因此认为与样品2类似,接触孔没有完全和有源区断开,只在局部区域与有源区相连,从而使此处能通过微小电流。这说明结构内存在差异较大的电流时通过EBAC方法也能定位失效点。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3591665