首頁 先進製程晶片局部去層找Defect 可用何種工具

先進製程晶片局部去層找Defect 可用何種工具

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先進製程晶片局部去層找Defect 可用何種工具

by ruby

發佈日期:2022/3/24PFIB去層
發佈單位:iST宜特

您擔心您的樣品在delayer過程傷到目標區嗎?
您擔心您的樣品研磨時均勻性不佳,影響觀察重點嗎?

一般而言,在執行IC異常點物性分析前,會先進行樣品製備(sample preparation),透過雷射開蓋與一般研磨(grinding)手法進行開蓋(decap)與去層(delayer),將樣品去黑膠研磨至欲檢測的位置。

然而製程隨著摩爾定律演進,不斷縮小的趨勢下,更先進的設計和複雜的3D架構伴隨金屬導線(interconnect)層數增加,且層與層間的厚度持續微縮,加上不斷引進新材料,讓金屬導線和電晶體結構更加複雜,將導致若IC發生異常,需進行故障分析時,遠比以往都更具挑戰性。

特別是先進製程/記憶體晶片的樣品異常點(Defect)若過於分散,若想顧及每個位置,一般研磨(grinding)手法進行去層(delayer)風險較高,可能無法兼顧,該如何處理?

本期宜特小學堂,將與您分享一項強大的分析工具「電漿聚焦離子束顯微鏡Plasma FIB(Helios 5 PFIB UXe),簡稱PFIB)」,不僅擁有Dual-Beam FIB雙槍設計,可以邊切邊拍,更重要的是,針對大範圍的結構觀察,不僅可完整呈現欲觀察之結構,蝕刻效率更是傳統Dual-Beam FIB的20倍以上,可有效縮短分析速率。

PFIB去層

速讀PFIB優點

  1. 具備停點偵測機制(End point monitor),加上SEM影像及時輔助,可精準判斷去層的停點位置。
  2. 藉由電漿加上氣體輔助蝕刻反應,可提供大面積均勻的去層結果。
 傳統研磨 delayerP-FIB delayer
去層範圍相對小 (~200um*200um)
定點去層分析難度高相對容易,機台內即可定位
損傷範圍大 (機械應力)可控制(離子束損傷)
局部均勻性相對低佳(w/ 氣體輔助蝕刻)
操作者經驗高度仰賴操作者經驗容易SOP化

表一: 傳統研磨及PFIB 兩種 delayer 方式比較

  • 案例一: PFIB如何克服一般研磨樣品均勻性不佳

    做為一般 delayer 的延伸,PFIB藉由電漿蝕刻搭配原廠專利氣體,可針對特定區域或層次進行大面積均勻去層,處理範圍可達 200um * 200um,完整呈現欲觀察之結構(圖一)。

    PFIB去層

    圖一: SEM 影像,圖一(a)為未通入PFIB氣體輔助蝕刻的結果,從圖一(b)可知,去層均勻性並不理想,沒辦法停在特定層次;相較之下,圖一(c)、(d)為通入PFIB氣體輔助蝕刻後的結果,在均勻性上得到顯著提升。

  • 案例二: PFIB如何解決去層(delayer)去過頭以致誤傷目標區的狀況?

    PFIB有一功能為精確的停點判斷功能(圖二),不用擔心會有一般去層(delayer)去過頭而誤傷到目標區的狀況;此外,利用 Passive Voltage Contrast (PVC),還可偵測漏電或高阻值異常點的位置。

    PFIB去層

    圖二: PFIB之停點偵測機制圖(End point monitor)。藉由偵測載台電流值(stage current)的微小變化,可得知目前樣品的層次,此輔助系統可協助工程人員更準確判斷去層的停點,增加去層的準確性。

  • 案例三: 先進製程的微結構大面積逐層去除

    針對先進製程的微結構觀察,使用傳統研磨方式,容易因結構太薄,造成一次磨掉兩層或磨得不均勻。PFIB的拿手絕活,則可以透過電漿蝕刻(Plasma Etching)方式,完整且大面積的逐層去除(圖三)。

    PFIB去層

    圖三: 使用PFIB逐層去除後的SEM影像

目前宜特已經有執行包括7奈米及5奈米節點(node)半導體元件/3D NAND記憶體的PFIB delayer分析經驗,若您有任何IC異常狀況不知如何分析,或是對相關知識想要更進一步了解細節,歡迎洽詢+886-3-579-9909 分機6166 林博士/Weijui │ Email: web_ma@istgroup.com

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