逻辑和存储
逻辑和存储半导体

半导体器件开发和失效分析

提高复杂结构和电气表征效率

半导体产品主要用于满足交通、工作、社会通讯和工业基础设施的需求。这些领域不断需求以更小的尺寸提供更高的计算性能。新型材料和日益复杂的几何形状为逻辑和存储半导体结构分析带来了挑战。在新技术节点上缩小晶体管尺寸,需要电子显微镜和纳米探测应用具备出色的性能。

在不影响通量的情况下进行高级表征

显微镜技术必须为半导体器件的开发和失效分析提供高通量和成功率。先进的表征方法通常需要以尽可能高的SEM分辨率成像,同时使用尽可能低的束能和束流,以防止在分析过程中造成损坏。长工作距离、无磁场成像和束流稳定性对于满足不断增长的原位表征需求至关重要,例如用于器件表征和缺陷定位技术的纳米探测。

蔡司显微镜解决方案包括:

  • 业界先进的FE-SEM、FIB-SEM、光学显微镜和三维X射线显微镜,适用于半导体器件、结构和材料的物理与电气表征
  • 连接工具,适用于以样品为中心的工作流,以高成功率和高通量关联不同的分析数据源,从而提供新视角
  • 专为可靠性和耐用性而设计的显微镜,支持自动化显微成像解决方案,在全球供应链中提供可重复的结果和高效率

逻辑和存储半导体应用

逻辑和存储器件不断采用新型材料和日益复杂的几何形状。我们的失效隔离和成像解决方案为光束敏感材料和三维器件提供行业出色的性能和高生产率,从而快速查明根本原因并实现高通量表征。

3D NAND的FIB-SEM断层扫描
3D NAND的FIB-SEM断层扫描

3D NAND的FIB-SEM断层扫描

3D NAND样品的FIB-SEM断层扫描图,使用蔡司Crossbeam 550和Atlas-3D成像。样品包装已打开,且样品被机械抛光至顶端字行处。图片显示的是2 × 1.5 × 0.7 µm3大小的虚拟子体积,从上层到下层过渡区域的数据集中提取。重构的体素大小为4 × 4 × 4 nm3

所得重构允许从任何虚拟截面查看整个器件的多个截面平面。

7 nm SRAM的FIB-SEM三维断层扫描

7 nm SRAM的三维FIB-SEM断层扫描数据集,使用蔡司Crossbeam FIB-SEM成像。
体积大小:2.34 × 1.18 × 2.35 µm3,体素大小(15 nm)3

所得重构允许查看多个截面平面,以发现缺陷或评估过程的均匀性。

使用FIB-SEM进行7 nm SRAM截面成像
使用FIB-SEM进行7 nm SRAM截面成像

使用FIB-SEM进行7 nm SRAM截面成像

FIB切割成7 nm SRAM的拐角的SEM图像。FIB铣削和SEM成像使用蔡司Crossbeam FIB-SEM完成。

Crossbeam能够以纳米精度和极高质量进行快速截面分析,并具备高分辨率成像功能,这使其成为适用于对新技术节点结构进行截面检查的多功能工具。

使用FIB-SEM进行7 nm SRAM薄片制备
使用FIB-SEM进行7 nm SRAM薄片制备

TEM样品制备——7 nm SRAM

接触层7 nm技术节点处理器的平面视图薄片的30kV STEM明场预览图。薄片制备和STEM成像使用蔡司Crossbeam FIB-SEM完成。

插入图:高放大倍率的STEM明场图像详细显示了FinFET,并允许评估工艺变化。

使用SE2探测器进行低k薄膜叠层成像
使用InLens探测器检测低k薄膜叠层无源电压控制

超低k薄膜叠层成像

14 nm器件中相同观察视野的机械抛光截面,使用GeminiSEM FE-SEM成像。 


SE2图像突出显示了拓扑特征,存在外露通孔。 


InLens图像显示了连接到不同深度电路或不同注入极性结构的区域的无源电压衬度。  

使用InLens探测器检测7 nm SRAM无源电压控制
使用SenseBSD探测器检测7 nm SRAM形貌衬度

使用SenseBSD进行7 nm SRAM成像

机械抛光7nm SRAM的相同观察视野,使用GeminiSEM FE-SEM在1 kV电压下成像。

左:
Inlens图像提供了表面细节,并突出显示了SRAM结构中不同类型触点之间的无源电压衬度。

右:
SenseBSD图像提供了Z轴衬度和形貌衬度。

80 eV纳米探测7 nm SRAM
80 eV纳米探测7 nm SRAM

22 nm SRAM

22 nm SRAM

对7 nm SRAM进行超低电压成像

7 nm SRAM器件,使用GeminiSEM FE-SEM在80 eV下成像。 Gemini柱提供的出色分辨率和无磁失真成像是纳米探测导航和探针定位的关键。 

使用EBAC在2 kV下纳米探测14 nm逻辑器件
使用EBAC在8 kV下纳米探测14 nm逻辑器件

使用EBAC进行逻辑追踪

14 nm SRAM中的净迹线,使用GeminiSEM FE-SEM通过电子束吸收电流(EBAC)方法成像。图像为在2 kV电压(左)和8 kV电压(右)下,对于相同的观察视野,EBAC数据(红色)在InLens图像之上的叠加。不同的加速电位可探索样品中的不同深度,从而追踪完整的连接路径。  

左:2 kV
   右:8 kV

使用InLens探测器纳米探测7 nm SRAM并成像
使用EBIC纳米探测7 nm SRAM

使用EBIC分析7 nm SRAM

7 nm SRAM机械抛光至接触层。InLens)和电子束诱导电流(EBIC)()使用GeminiSEM FE-SEM在150 eV和相同观察视野下的对比图像。使用EBIC可以监测p/n结的健康状况并定位具有电活性缺陷的区域。

 

在22 nm SRAM上进行EBIRCH定位
在22 nm SRAM上进行EBIRCH定位

在22 nm SRAM上进行EBIRCH定位

22 nm SRAM机械抛光至接触层。样品中特意创建了一处短路。使用来自GeminiSEM FE-SEM的稳定电子束,然后使用电子束感应电阻变化(EBIRCH)技术对样品进行成像,在分析过程中只有12 nA流过器件。对双鳍下拉器件中的两个鳍都进行了成像。

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    • ZEISS GeminiSEM FE-SEM Family

      Perform versatile, high-resolution semiconductor imaging and characterization.

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