先進失效定位技術(shù)—EMMI-MCT與OBIRCH在90mn制程失效分析中的運用.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。先進的多金屬層深亞微米特性迫使相應的診斷系統(tǒng)還必須具備從器件背面通過材料成像的能力。同時由于硅

2、材料在紅外光譜范圍內(nèi)才是透明的，因此先進的診斷系統(tǒng)還必須使用紅外光。 然而，進入90nm銅互連制程工藝的芯片的光刻通常采用深紫外光實現(xiàn)的，當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)一般通過對芯片發(fā)射的光子量進行計數(shù)來測量信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時序。采用深亞微米工藝制造的芯片尺寸更小。導致芯片電路光子發(fā)射量更少。獲得可接受的信噪比的難度就更加大了。同時，深亞微米工藝芯片工

3、作電壓的降低促使該問題更加嚴重。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：對于硅器件，其探測到的光信號一般是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加速而導致在能帶內(nèi)部產(chǎn)生碰撞電離，產(chǎn)生電子孔穴對，同時釋放出能量，這些能量是以光子激發(fā)的形式，常見應用于柵氧的漏電，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)生電子與孔穴的復合，復合過程的能量釋放也是以光子激發(fā)的形式，常見應用于P

5、N結(jié)正向漏電的器件失效模式。 實驗發(fā)現(xiàn)，有些器件的失效模式同時包含上述兩種情形。比如：ESD測試時保護電路失效，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重短路引起的，如柵氧的漏電導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，這時的能量通常以熱輻射的形式釋放出來。對于前段這種歐姆特性類型的失效，可以應用EMMI

6、(MCT)基于MERCAD探測頭的定位系統(tǒng)，這個系統(tǒng)在偵測“傳統(tǒng)的光電子發(fā)射失效”上靈敏度更高；可以探測到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探測技術(shù)更進一步： EMMI(MCT)對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驗分析看出

7、，EMMI(MCT)在探測同層銅連線間的短路模式的應用比IROBIRCH/XIVA等鐳射技術(shù)更實用，缺陷定位更精準?，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，對于真正失效點的探測不夠精確；研

8、究發(fā)現(xiàn)OBIRCH對于金屬層間接觸孔類的缺陷還是一個非常好用的手段。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測試失效，ESD保護電路中的器件常常傷的很嚴重，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，既可以應用于制程前段有關(guān)器件方面的失效問題，又可以應用于前后段歐姆