先進(jìn)失效定位技術(shù)—EMMI-MCT與OBIRCH在90mn制程失效分析中的運(yùn)用.pdf

1、隨著高性能數(shù)字集成系統(tǒng)的快速發(fā)展，要求故障診斷變得越來越重要。它通常在已確定系統(tǒng)或電路有故障的前提下來確定故障的位置；故障診斷是找到故障位置的必要手段。隨著深亞微米技術(shù)的發(fā)展，專用于故障診斷的診斷分析系統(tǒng)面臨著一系列挑戰(zhàn)。在“亞波長”環(huán)境下制造的芯片工藝特征尺寸已經(jīng)小于相應(yīng)制造該芯片的光刻儀器光源的波長。日趨縮小的特征尺寸增加了成像方法的難度。先進(jìn)的多金屬層深亞微米特性迫使相應(yīng)的診斷系統(tǒng)還必須具備從器件背面通過材料成像的能力。同時(shí)由于硅

2、材料在紅外光譜范圍內(nèi)才是透明的，因此先進(jìn)的診斷系統(tǒng)還必須使用紅外光。 然而，進(jìn)入90nm銅互連制程工藝的芯片的光刻通常采用深紫外光實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)前的紅外光譜就面臨著如何使用分辨率低于深紫外光的紅外波長對(duì)深亞微米工藝的芯片成像的難題了。另一方面，診斷系統(tǒng)一般通過對(duì)芯片發(fā)射的光子量進(jìn)行計(jì)數(shù)來測(cè)量信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)序。采用深亞微米工藝制造的芯片尺寸更小。導(dǎo)致芯片電路光子發(fā)射量更少。獲得可接受的信噪比的難度就更加大了。同時(shí)，深亞微米工藝芯片工

3、作電壓的降低促使該問題更加嚴(yán)重。因此，有效的診斷系統(tǒng)需要采用更精確，靈敏度更高的解決方法。 本文針對(duì)90nm工藝制程的失效分析中的缺陷定位問題，通過大量前端工藝和后端工藝失效分析的案例研究，系統(tǒng)分析了EMMI(CCD/MCT)與OBIRCH在90nm技術(shù)制程失效分析中缺陷定位分析。 研究表明，EMMI(CCD)對(duì)于制程前段有關(guān)器件方面的失效問題很有效。例如：柵氧的漏電，PN結(jié)的擊穿，寄生Latch-up電路的失效，ESD

4、失效，PID(Plasma Induce Damage)結(jié)構(gòu)失效等等：對(duì)于硅器件，其探測(cè)到的光信號(hào)一般是400～1100um波長范圍內(nèi)的光子，這些光子的激發(fā)一種是載流子由于場(chǎng)加速而導(dǎo)致在能帶內(nèi)部產(chǎn)生碰撞電離，產(chǎn)生電子孔穴對(duì)，同時(shí)釋放出能量，這些能量是以光子激發(fā)的形式，常見應(yīng)用于柵氧的漏電，PN結(jié)反向擊穿，PID結(jié)構(gòu)失效等失效模式：另一種是載流子在不同能階之間的躍遷產(chǎn)生電子與孔穴的復(fù)合，復(fù)合過程的能量釋放也是以光子激發(fā)的形式，常見應(yīng)用于P

5、N結(jié)正向漏電的器件失效模式。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有些器件的失效模式同時(shí)包含上述兩種情形。比如：ESD測(cè)試時(shí)保護(hù)電路失效，Latch-up電路的失效等；然而，前段器件失效的模式電性上趨于歐姆特性，EMMI(CCD)變得不再適用，這種失效往往由于嚴(yán)重短路引起的，如柵氧的漏電導(dǎo)致電容兩端完全短路在一起，加在柵氧兩界面的壓降變的太小，不能有效的形成足夠的電場(chǎng)，這時(shí)的能量通常以熱輻射的形式釋放出來。對(duì)于前段這種歐姆特性類型的失效，可以應(yīng)用EMMI

6、(MCT)基于MERCAD探測(cè)頭的定位系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)在偵測(cè)“傳統(tǒng)的光電子發(fā)射失效”上靈敏度更高；可以探測(cè)到2.1um波長的熱紅外波。根據(jù)黑體輻射曲線特性，多數(shù)熱輻射都集中波長2.1um附近的區(qū)域；所以對(duì)于前段歐姆特性類型的失效EMMI(MCT)是非常使用的定位分析工具；可以把它們看作是以前Photoemission探測(cè)技術(shù)更進(jìn)一步： EMMI(MCT)對(duì)于后段歐姆特性類型的失效也非常有用。在90nm后段銅互連的短路失效分析的實(shí)驗(yàn)分析看出

7、，EMMI(MCT)在探測(cè)同層銅連線間的短路模式的應(yīng)用比IROBIRCH/XIVA等鐳射技術(shù)更實(shí)用，缺陷定位更精準(zhǔn)?，F(xiàn)在在這一類型的失效分析中，通常首選EMMI(MCT)作為可靠的診斷工具。 研究表明，盡管OBIRCH等鐳射技術(shù)常用于后段金屬互連線的短路、金屬層間接觸孔的接觸不良引起的阻值高等失效問題的診斷，但在銅互連技術(shù)制程中，對(duì)于同層金屬互連線的短路，采用OBIRCH等鐳射技術(shù)診斷不是很有效，對(duì)于真正失效點(diǎn)的探測(cè)不夠精確；研

8、究發(fā)現(xiàn)OBIRCH對(duì)于金屬層間接觸孔類的缺陷還是一個(gè)非常好用的手段。OBIRCH等鐳射技術(shù)也可以用于制程前段器件歐姆特性失效模式的問題；如ESD測(cè)試失效，ESD保護(hù)電路中的器件常常傷的很嚴(yán)重，特性呈歐姆特性，OBIRCH鐳射技術(shù)常被用來定位這一類失效。 在同一個(gè)系統(tǒng)可以將EMMI(MCT)和EMMI(CCD)以及IROBIRCH/XIVA等鐳射技術(shù)組合在一起使用，既可以應(yīng)用于制程前段有關(guān)器件方面的失效問題，又可以應(yīng)用于前后段歐姆