Нанозондирование

Нанозондирование — это метод определения электрических параметров устройства с помощью наноразмерных вольфрамовых проволок, используемый в основном в полупроводниковой промышленности. Определение характеристик отдельных устройств имеет важное значение для инженеров и разработчиков интегральных схем на этапе первоначальной разработки и отладки продукта. Он обычно используется в лабораториях анализа отказов устройств , чтобы помочь повысить производительность, решить проблемы качества и надежности, а также повысить возврат клиентов. Коммерчески доступные нанозондовые системы интегрированы либо в вакуумный сканирующий электронный микроскоп (СЭМ), либо в атомно-силовой микроскоп (АСМ). Системы нанозондов, основанные на технологии АСМ, называются нанозондами атомной силы (AFP).

Принципы и работа

Нанозонды на основе АСМ позволяют сканировать до восьми наконечников зондов для создания изображений топографии АСМ с высоким разрешением, а также изображений кондуктивной АСМ, сканирующей емкости и электростатической силовой микроскопии. Кондуктивная АСМ обеспечивает пикоусилительное разрешение для выявления и локализации электрических неисправностей, таких как короткое замыкание, размыкание, резистивные контакты и пути утечки, что позволяет точно позиционировать датчик для измерения тока-напряжения. ^[1] Нанозонды на основе АСМ позволяют локализовать дефекты устройств нанометрового масштаба и точно определить характеристики транзисторных устройств без физических повреждений и электрического смещения, вызванных воздействием пучка высокоэнергетических электронов.

Что касается нанозондов на основе СЭМ, сверхвысокое разрешение микроскопов, в которых размещена система нанозондов, позволяет оператору точно перемещать кончики зондов, позволяя пользователю точно видеть, куда приземлятся наконечники, в режиме реального времени. Существующие иглы нанозондов или «наконечники зондов» имеют типичный радиус конечной точки от 5 до 35 нм. ^[2] Тонкие наконечники обеспечивают доступ к отдельным контактным узлам современных IC-транзисторов. Навигация кончиков зондов в нанозондах на основе СЭМ обычно контролируется прецизионными пьезоэлектрическими манипуляторами. Типичные системы имеют от 2 до 8 манипуляторов датчиков с высокопроизводительными инструментами, имеющими разрешение размещения более 5 нм по осям X, Y и Z, а также высокоточный столик для образцов для навигации по тестируемому образцу.

Применение и возможности полупроводниковых приборов

Общие методы нанозондирования включают, помимо прочего:

Общий
- постоянного тока Характеристики транзисторов (измерения Id-Vg и Id-Vd) ^[3]^[4]
- Характеристика SRAM битовых ячеек ^[5]^[6]
- BEOL Измерения сопротивления металлов
Специальные инструменты на основе AFM
- Кондуктивная атомно-силовая микроскопия (CAFM)
- Сканирующая емкостная микроскопия (СКМ)
- Электростатическая силовая микроскопия (ЭСМ)
Специальные инструменты на основе SEM
- Электронно-лучевая визуализация с поглощением тока (EBAC) ^[7]^[8]
- Электронно-лучевой индуцированный ток ( EBIC )
- Изменение сопротивления, индуцированное электронным лучом (EBIRCH) ^[9]

Проблемы

Часто возникающие проблемы:

Стабильность манипулятора нанозонда ^[10]
Разрешение живого изображения
Поддержание проводимости зонда
камеры/поверхности Загрязнение

Ссылки

^ Кейн, Теренс; Тенни, Майкл П. «Нанозондовая емкостно-вольтовая спектроскопия (NCVS) Локализация отказа массива SOI SRAM 32 нм» . dl.asminternational.org . дои : 10.31399/asm.cp.istfa2009p0073 . Проверено 23 апреля 2023 г.
^ Тох, СЛ; Тан, ПК; Гох, YW; Хендарто, Э.; Кай, Дж.Л.; Тан, Х.; Ван, QF; Дэн, К.; Лам, Дж.; Ся, LC; Май, Ж (2008). «Углубленный электрический анализ для выявления механизмов отказа с помощью нанозондов». Транзакции IEEE по надежности устройств и материалов . 8 (2): 387. doi : 10.1109/TDMR.2008.920300 . S2CID 24235354 .
^ Фукуи, М.; Нара, Ю.; Фьюз, Дж. (2012). «Оценка изменчивости характеристик реальных БИС-транзисторов с помощью нанозондов». 2012 21-й Азиатский симпозиум по тестированию IEEE . п. 4. дои : 10.1109/ATS.2012.80 . ISBN 978-1-4673-4555-2 . S2CID 23388036 .
^ Тох, СЛ; Май, З.Х.; Тан, ПК; Хендарто, Э.; Тан, Х.; Ван, QF; Кай, Дж.Л.; Дэн, К.; Нг, ТД; Гох, YW; Лам, Дж.; Ся, LC (2007). «Использование нанозондов в качестве инструмента диагностики наноразмерных устройств». 2007 14-й Международный симпозиум по физическому анализу и анализу отказов интегральных схем . п. 53. дои : 10.1109/IPFA.2007.4378057 . ISBN 978-1-4244-1014-9 . S2CID 15046150 .
^ Хендарто, Э.; Лин, Х.Б.; Тох, СЛ; Тан, ПК; Гох, YW; Май, З.Х.; Лам, Дж. (2008). «Исследование проблемы мягких отказов в субнанометровых устройствах с использованием техники нанозондирования». 2008 15-й Международный симпозиум по физическому анализу и анализу отказов интегральных схем . п. 1. дои : 10.1109/IPFA.2008.4588174 . ISBN 978-1-4244-2039-1 . S2CID 15534732 .
^ Лин, ХС; Чанг, WT; Чен, CL; Хуанг, TH; Чан, В.; Чен, CM (2006). «Исследование асимметричного поведения в усовершенствованных устройствах Nano SRAM». 13-й Международный симпозиум по физическому анализу и анализу отказов интегральных схем . п. 63. дои : 10.1109/IPFA.2006.250998 . ISBN 1-4244-0205-0 . S2CID 15417689 .
^ Диксон, К.; Ланге, Г.; Эрингтон, К.; Ибарра, Дж. (2011). «Поглощаемый ток электронного луча как средство обнаружения дефектов металла с помощью технологии SOI 45 нм». 18-й Международный симпозиум IEEE по физическому анализу и анализу отказов интегральных схем (IPFA) . п. 1. дои : 10.1109/IPFA.2011.5992793 . ISBN 978-1-4577-0159-7 . S2CID 18455519 .
^ Вэнь Пин Линь; Сю Цзюй Чанг (2010). «Случаи анализа физических отказов с помощью обнаружения поглощенного тока электронного луча и индуцированного тока электронным лучом в системе нанозондирования SEM». 2010 17-й Международный симпозиум IEEE по физическому анализу и анализу отказов интегральных схем . п. 1. дои : 10.1109/IPFA.2010.5532245 . ISBN 978-1-4244-5596-6 . S2CID 14131647 .
^ Молдаванин, Григоре; Курба, Уильям. «Стратегии определения физического происхождения контраста в EBIRCH» . dl.asminternational.org . дои : 10.31399/asm.cp.istfa2022p0277 . Проверено 23 апреля 2023 г.
^ Гонг, З.; Чен, БК; Лю, Дж.; Сан, Ю. (2013). «Автоматизированное нанозондирование под сканирующей электронной микроскопией». Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации , 2013 г. п. 1433. дои : 10.1109/ICRA.2013.6630759 . ISBN 978-1-4673-5643-5 . S2CID 17213432 .

Внешние ссылки

[1] Кейн, Теренс; Тенни, Майкл П. «Нанозондовая емкостно-вольтовая спектроскопия (NCVS) Локализация отказа массива SOI SRAM 32 нм» . dl.asminternational.org . дои : 10.31399/asm.cp.istfa2009p0073 . Проверено 23 апреля 2023 г.

[2] Тох, СЛ; Тан, ПК; Гох, YW; Хендарто, Э.; Кай, Дж.Л.; Тан, Х.; Ван, QF; Дэн, К.; Лам, Дж.; Ся, LC; Май, Ж (2008). «Углубленный электрический анализ для выявления механизмов отказа с помощью нанозондов». Транзакции IEEE по надежности устройств и материалов . 8 (2): 387. doi : 10.1109/TDMR.2008.920300 . S2CID 24235354 .

[3] Фукуи, М.; Нара, Ю.; Фьюз, Дж. (2012). «Оценка изменчивости характеристик реальных БИС-транзисторов с помощью нанозондов». 2012 21-й Азиатский симпозиум по тестированию IEEE . п. 4. дои : 10.1109/ATS.2012.80 . ISBN 978-1-4673-4555-2 . S2CID 23388036 .

[4] Тох, СЛ; Май, З.Х.; Тан, ПК; Хендарто, Э.; Тан, Х.; Ван, QF; Кай, Дж.Л.; Дэн, К.; Нг, ТД; Гох, YW; Лам, Дж.; Ся, LC (2007). «Использование нанозондов в качестве инструмента диагностики наноразмерных устройств». 2007 14-й Международный симпозиум по физическому анализу и анализу отказов интегральных схем . п. 53. дои : 10.1109/IPFA.2007.4378057 . ISBN 978-1-4244-1014-9 . S2CID 15046150 .

[5] Хендарто, Э.; Лин, Х.Б.; Тох, СЛ; Тан, ПК; Гох, YW; Май, З.Х.; Лам, Дж. (2008). «Исследование проблемы мягких отказов в субнанометровых устройствах с использованием техники нанозондирования». 2008 15-й Международный симпозиум по физическому анализу и анализу отказов интегральных схем . п. 1. дои : 10.1109/IPFA.2008.4588174 . ISBN 978-1-4244-2039-1 . S2CID 15534732 .

[6] Лин, ХС; Чанг, WT; Чен, CL; Хуанг, TH; Чан, В.; Чен, CM (2006). «Исследование асимметричного поведения в усовершенствованных устройствах Nano SRAM». 13-й Международный симпозиум по физическому анализу и анализу отказов интегральных схем . п. 63. дои : 10.1109/IPFA.2006.250998 . ISBN 1-4244-0205-0 . S2CID 15417689 .

[7] Диксон, К.; Ланге, Г.; Эрингтон, К.; Ибарра, Дж. (2011). «Поглощаемый ток электронного луча как средство обнаружения дефектов металла с помощью технологии SOI 45 нм». 18-й Международный симпозиум IEEE по физическому анализу и анализу отказов интегральных схем (IPFA) . п. 1. дои : 10.1109/IPFA.2011.5992793 . ISBN 978-1-4577-0159-7 . S2CID 18455519 .

[8] Вэнь Пин Линь; Сю Цзюй Чанг (2010). «Случаи анализа физических отказов с помощью обнаружения поглощенного тока электронного луча и индуцированного тока электронным лучом в системе нанозондирования SEM». 2010 17-й Международный симпозиум IEEE по физическому анализу и анализу отказов интегральных схем . п. 1. дои : 10.1109/IPFA.2010.5532245 . ISBN 978-1-4244-5596-6 . S2CID 14131647 .

[9] Молдаванин, Григоре; Курба, Уильям. «Стратегии определения физического происхождения контраста в EBIRCH» . dl.asminternational.org . дои : 10.31399/asm.cp.istfa2022p0277 . Проверено 23 апреля 2023 г.

[10] Гонг, З.; Чен, БК; Лю, Дж.; Сан, Ю. (2013). «Автоматизированное нанозондирование под сканирующей электронной микроскопией». Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации , 2013 г. п. 1433. дои : 10.1109/ICRA.2013.6630759 . ISBN 978-1-4673-5643-5 . S2CID 17213432 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]