用带纳米探针的agilent b1500a 进行失效分析 - keysight.pdfVIP

用带纳米探针的Agilent B1500A 进行失效分析 应用指南B1500-7 Agilent B1500A 半导体器件分析仪 引言 目前，能探测极窄线宽的纳米探 针技术取得了许多进展，从而能表征 集成电路内单个器件的电气特性。这 篇应用指南介绍如何用Agilent B1500A 半导体器件分析仪进行这类测量，我 们通过SRAM失效分析说明这项技术。 常规存储器失效分析是用逻辑测 试仪探测有失效的比特位，然后用扫 描电子显微镜(SEM) 和透射电子显微 镜(TEM) 进行实际观察和判断造成失 效的成因。 但SEM 和TEM 都属破坏性的测 试，您只能在若干可能失效位置中观 看其中一个点。这就大大限制了用户 定位失效具体成因的能力。此外，对 于非常小的残留物或异常掺杂密度造 成的电性失效，也难以采用传统的物 理观察技术来发现，因此需要增加一 些其它类型的电气测试。 常规器件电气测试方案需要把器 上芯片间的切割道中。显然，这种方 件放在带探针测试点的TEG (测试元件 法不能在实际芯片内的失效位置上进 组) 中，而这一TEG 则通常放在晶圆片 行电气表征。 目前，利用扫描探针显微镜 (SPM) 技术的纳米探测已能使用压电 致动器达到纳米级(9-10 nm) 的探测水 平。这篇应用指南将为您介绍一种新 的失效分析技术，这项技术使用一种 流行纳米探针，来自日立高科技公司 制作的N-6000 精细结构器件表征系 统，以及Agilent B1500A 半导体器件分 析仪。N-6000 可以直接接触集成电路 内的器件，从而有助于弥补物理和电 气失效分析技术之间的差异。 纳米探针解决了许多问题, 但也带来一些新的挑战 图1. SRAM 和探测概况 通过选择适当的预处理技术，就 可以用纳米探针测量失效器件中的单 个晶体管和连线，它们就如同是标准 TEG 中的被测器件(见图1)。这是一个 革命性的飞跃; 但纳米探针也带来与其 自身相关的挑战，由于存在热膨胀和 压电致动器的“滑动”，因此难以在长 时间内保持良好的电气接触。 Agilent B1500A半导体器件分析仪 有能力应对这些挑战，在建立了良好 的电气接触后，B1500A的EasyEXPERT 软件能在短时间内快速运行一项或多 项应用测试。 本应用指南的下面部分将介绍如 图2. 纳米探针和B1500A 测量的I-V 曲线 何用B1500A和纳米探针，利用NEC 电 子公司提供的数据对SRAM 进行失效 分析。 (a) 正常NMOS Vd-Id 曲线 (b)异常NMOS Vd-Id 曲线(S/D 正向) (c) 异常NMOS Vd-Id 曲线(S/D 反向) 图3. 对掺杂轮廓缺陷的失效分析数据 2 SRAM 失效分析例子 SRAM 失效分析的第一步是用逻 辑测试仪找出有疑问比特位的位置。 但逻辑测试仪无法确定SRAM 单元中 的6 个晶体管到底是哪一个晶体管有 缺陷。传统失效分析的下一步是在 SRAM 单元内估计有缺陷的晶体管位 置，用TEM 对SRAM 进行有破坏性的 分析。即便如此，有时仍不能确定 SRAM 的失效原因，这说明物理分析 和电气分析能力上存在着差距。如图 1 所示，纳米探针能直接探测被怀疑 SRAM 单元中的6 个晶体管，并对其 进行单独的电气评估，从而有助于弥 图4. 异常NMOS 断面 补物理测量和电气测量的差距。当 然，为进行这种类型的分析，您必须 去除表层，从而能单独接触每一个晶 为了对有失效的晶体管进行更详 把测量结果与模拟结果想比较， 体管。这类似