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ロジックとメモリー
ロジック半導体とメモリー半導体

素子半導体の開発と故障解析

複雑な構造的・電気的特性評価を効率化

半導体は輸送、仕事、コニュニケーション、産業基盤に使用され、より小型で、より高い処理能力を持つフォームファクターが常に求められます。新材料や複雑化する構造により、ロジック半導体やメモリー半導体の構造解析が難化しています。最新のテクノロジー・ノードの小型トランジスタには、最高の性能を持つ電子顕微鏡やナノプロービング技術が必要とされています。

スループットを損なわない高度な特性評価

顕微鏡技術は、半導体素子の開発と故障解析をハイスループットで効率的に実施できるものでなくてはなりません。高度な特性評価法では、イメージングにできるだけ高い分解能のSEMを使う一方で、解析中のダメージを抑えるために、ビームのエネルギーと電流をできるだけ低くすることが求められます。需要が高まるナノプロービングなどのin situ特性評価や欠陥局在評価では、長い作動距離、磁場フリーイメージング、安定したビーム電流が非常に重要です。

ZEISSは以下のような顕微鏡ソリューションを提供します。

  • 業界最高レベルのFE-SEM、FIB-SEM、光学顕微鏡、3D X線顕微鏡による、半導体の素子・構造・材料の構造的・電気的特性評価
  • 連結した機器を使って試料を解析し、別々のデータから有用な情報を新たに取得する、ハイスループット相関解析ワークフロー
  • 自動化ソリューションによってグローバルサプライチェーンに再現性のある結果と効率性をもたらす、正確で頑丈な顕微鏡

ロジック半導体とメモリー半導体

ロジック半導体やメモリー半導体には、新材料や複雑化する構造が使われています。業界最高レベルの性能と生産性を誇る故障解析とイメージングのソリューションが、ビームの影響を受けやすい材料や3D機器に対応し、迅速な原因特定やハイスループットの特性評価を実現します。

3D NAND FIB-SEMトモグラフィー解析
3D NAND FIB-SEMトモグラフィー解析

3D NANDのFIB-SEMトモグラフィー解析

ZEISS Crossbeam 550 and Atlas-3Dを使った3D NAND試料のFIB-SEMトモグラフィー解析。開封し、最上部のワード線まで機械的に研磨した試料。上方ゲートから下方ゲートに移る領域のデータセットから、2 x 1.5 x 0.7 µm3のサイズを抽出。ボクセルサイズ4 x 4 x 4 nm3で再構築。

再構築像を使って、機器のあらゆる断面を観察できます。

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7 nm SRAMのFIB-SEM 3Dトモグラフィー解析

ZEISS Crossbeamで取得した、7 nm SRAMのFIB-SEM 3Dトモグラフィー解析のデータセット。
サイズ2.34 x 1.18 x 2.35 µm3、ボクセルサイズ（1.5 nm）3。

再構築像を使ってあらゆる断面を観察し、欠陥や加工の均一性を確認できます。

7 nm SRAMのFIB-SEM断面
7 nm SRAMのFIB-SEM断面

7 nm SRAMのFIB-SEM断面

7 nm SRAMのFIB切断面のSEM像。ZEISS Crossbeam FIB-SEMによるFIB加工とSEMイメージング。

ナノメートルスケールの高速・高精度切断技術と高分解能イメージングを搭載した万能なCrossbeamは、最新のテクノロジー・ノードの構造を断面解析するのに最適です。

FIB-SEMによる7 nm SRAMの薄膜試料作成
FIB-SEMによる7 nm SRAMの薄膜試料作成

TEM試料の作成 - 7 nm SRAM

7 nm SRAMのコンタクトレベルの薄膜試料平面、30 kVでのSTEM明視野オーバービュー画像。ZEISS Crossbeam FIB-SEMにより薄膜試料作製とSTEMイメージングを実施しました。

挿入画像：高倍率のSTEM明視野画像、FinFETの詳細な観察と加工のばらつき評価が可能。

SE2検出器によるLow-k積層膜のイメージング
InLens検出器によるLow-k積層膜の電位差

超Low-k積層膜のイメージング

機械的に研磨した14 nmの機器の断面。同じ実視野をGeminiSEM FE-SEMでイメージング。 

左：
SE2画像では位相所見が際立ち、ビアの突出がみられる。 

右：
InLens画像では、その領域が接続する電気回路の深度や構造の分極の違いによる電位コントラストがみられる。  

InLens検出器による7 nm SRAMの電位差
SenseBSD検出器による7 nm SRAMの位相コントラスト

SenseBSDによる7 nm SRAMのイメージング

機械的に研磨した7 nm SRAM。GeminiSEM FE-SEMによって同じ実視野を1 kVでイメージング。

左：
Inlens画像では、表面の詳細な様子と、SRAM内の構造の種類による電位コントラストがみられる。

右：
SenseBSD画像では、Zコントラストと位相コントラストがみられる。

7 nm SRAMを80 eVでナノプロービング
7 nm SRAMを80 eVでナノプロービング

22 nm SRAM

22 nm SRAM

7 nm SRAMを超低電圧でイメージング

7 nm SRAMをGeminiSEM FE-SEM、80 eVでナノプロービング。 Geminiの優れた分解能と磁場フリーイメージングが、ナノプロービング時の位置制御やプローブの接地に役立ちます。 

EBACによる2 kVでの14 nm ロジック機器のナノプロービング
EBACによる8 kVでの14 nm ロジック機器のナノプロービング

EBACを利用したロジック機器のトレース

GeminiSEM FE-SEMと電子ビーム吸収電流（EBAC）法を利用した14 nm SRAMのネットトレース。2 kV（左）と8 kV（右）のInLens画像に、同じ実視野のEBACデータ（赤）をオーバーレイしたもの。加速度ポテンシャルを変えることで試料内の違う深度を探索できるため、回路全体のトレースが可能です。

左：2 kV
右：8 kV

InLens検出器による7 nm SRAMのナノプロービング画像
EBICによる7 nm SRAMのナノプロービング

EBICによる7 nm SRAMの解析

7 nm SRAMをコンタクトレベルまで研磨。GeminiSEM FE-SEMにより150 eVでイメージングした同じ実視野のInLens 画像（左）と電子線誘起電流（EBIC）画像（右）の比較。EBICを使うことでp/n接合の状態を確認し、電気的に活性な欠陥のある領域を同定できます。

 

22 nm SRAM上のEBIRCHの同定
22 nm SRAM上のEBIRCHの同定

22 nm SRAM上のEBIRCHの同定

22 nm SRAMをコンタクトレベルに研磨し、試料に意図的にショートを発生させました。GeminiSEM FE-SEMの安定した電子ビームと電子ビーム誘起抵抗変化（EBIRCH）を使ったイメージングでは、解析中に機器内のわずか12 nAの電流を検出することができます。2フィン対応プルダウンデバイスの両フィンをイメージングしました。

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    • ZEISS Crossbeam ファミリーのプレビュー画像

      ZEISS Crossbeam ファミリー

      3 次元分析とサンプル加工をハイスループットで実現する FIB-SEM
      ファイルサイズ: 9 MB
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