샘플에 가장 적합한 섹션 방법은 무엇입니까?

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작성자 : Daniel JD Sullivan, Amos Eppley, Jennifer Cooper, Bryan Tracy, Ph.D 및 Sara G. Ostrowski 박사

반도체 다이의 횡단은 FA (failation analysis) 작업의 기본 단계입니다. 단면은 일반적으로 또는 특정 위치에서 레이어 무결성을 검사하는 데 사용할 수 있습니다. 레이어 및 레이어 간 연결 (비아)의 치수를 확인하는 것도 일반적입니다. FA의 섹션 위치 결정은 방출 증거, OBIRCH, IR, TIVA, XIVA 등과 같은 결함 위치 기술, 전기적 증거 또는 설계의 약점으로 판단됩니다.1,2

단면의 위치가 결정되면 다음 질문은 사용될 단면 화 방법입니다. 일반적으로 사용되는 세 가지 선택 사항이 있습니다. 장치를 원하는 위치로 쪼개거나 연마하는 기계식 (1) 기계식 기계식 섹션을 청소하거나 전체 단면에 사용할 수있는 (2) 이온 밀 고전압 이온으로 시료 가장자리를 연마하거나 Ga 이온 빔을 사용하여 샘플로 트렌치를 자른 다음 설정된 SEM으로 트렌치를 보는 (3) 이중 빔 초점 이온 빔 (DB-FIB) 트렌치를 들여다보기 위해. 본 명세서에서 논의되는 각각의 방법에는 장단점이있다.

그림 1 : 빨간색 선으로 표시된 기계적 단면 위치의 전체 다이.

그림 2 : 전체 다이에 걸친 기계적 x 단면 : 그림 1의 측면도는 빨간색 선으로 나뉩니다.

그림 3 : 오른쪽의 트렌치 1는 게이트 영역에 있고 Trench 2는 소스 필드에 있습니다. 빨간색 화살표는 단면면을 가리 킵니다. 각 트렌치의 내부는 이중 빔 FIB의 일부인 기기의 SEM에 의해 이미지화됩니다.

그림 4 및 5 : 트렌치의 내부 1 및 2를 각각 표시합니다. 빨간색 화살표 위치에서 아래 결함이있는 산화물에서 균열이 발생합니다.

장점과 단점

기계적인 섹션은 전체 다이 (또는 패키지)에 걸치므로 샘플의 어느 지점에서나 검사 할 수 있다는 이점이 있습니다. 섹션은 습식 에칭 또는 이온 밀링에 의해 추가로 변형 될 수 있으며, 이는 산화물 또는 도핑 된 영역과 같은 층 또는 영역의 정의를 증가시킨다. 노출 된 영역은 또한 광학 현미경 및 SEM뿐만 아니라 스캐닝 커패시턴스 현미경 (SCM), 마이크로 프로빙, ​​푸리에 변환 적외선 (FTIR), 경도 테스트 등과 같은 기술에 의해 분석 될 수 있습니다. 이는 섹션의 노출 된 특성 때문입니다.

그림 6 : 상단 : 상대 도펀트 레벨을 표시하는 SCM dC / dV 진폭 이미지 및 하단 : 도펀트 유형 분포를 표시하는 SCM dC / dV 위상 이미지 (갈색 = n 유형 및 노란색 = p 유형)

기계적 부분의 단점은 다음을 포함한다 : 취성 물질에서 균열을 유발할 수 있고 연질 물질에서 공극 / 균열을 채울 수있는 샘플에 압력을 가하는 것, 제어 된 단계를 샘플로 추가로 만드는 능력이 심각하게 제한됨 섹션을 수행하는 사람은 섹션의 품질에 크게 의존합니다.

그림 7 및 8 : 기계적 x- 섹션 별 반도체 다이의 SEM 이미지.

이러한 유형의 장식의 효과를 나타 내기 위해 화학 습식 에칭을하기에 나타낸 샘플에 적용 하였다. 입자 경계 (빨간색 화살표)의 모양과 강조 표시된 산화층은 순수하게 기계적인 단면 처리 후에 명확하지 않았습니다. 사용 된 식각은 샘플 재료와 실리콘에서 산화물, n 또는 p 도핑 영역…

그림 9 : 장식적인 습식 식각을 사용한 기계적 단면 (그림 8와 비교하여 입자 경계가 향상됨).

이온 밀링을 기계식 x 섹션에 적용하여 단면의 일부를 청소하거나 형상이 허용되는 샘플의 시작부터 이온 밀링을 수행 할 수 있습니다. 이온 밀링은 기계식 x 섹션보다 깨끗한 섹션을 제공합니다. 또한 샘플에 압력을 가하지 않으므로 기계적 섹션에 공통적 인 미세 균열없이 GaAs, GaN 및 기타 섹션과 같은 취성 재료를 의미합니다. 또한 금, 인듐 또는 폴리머와 같은 연질 재료는 샘플에 작은 공극이나 균열을 채우지 않고 제거하고, 그림 8와 9를 비교하고 이온 밀링 된 샘플에 여러 개의 작은 공극이 나타나는 것을 주목하십시오. 그러나 이온 밀링은 몇 가지 아티팩트를 유발할 수 있습니다. 밀링 방향을 나타내는 수직 줄무늬에 주목하십시오. 이온 밀링 공구의 신중한 설정 및 교정을 통해이를 줄이거 나 제거 할 수 있습니다.

그림 10 : 기계식 섹션과 이온 분쇄기. 작은 공극이 보입니다 (빨간색 화살표).

비 반도체 재료의 경우 이온 밀링은 작은 구멍 및 기타 효과를 기계 섹션에 따라 변경하거나 FIB에 비해 너무 큰 규모로 유지하는 데 가장 좋습니다.

그림 11 및 12 : 작은 공극 및 재료는 Al에 비해 이온 밀링 된 ANO에서 잘 나타납니다.

이온 밀링의 한 가지 제한은 관심 영역이 샘플의 가장자리에 있어야한다는 것입니다. 또한, 시료 깊이는 기기에 따라 일반적으로 1.5 mm와 700 미크론으로 제한됩니다 (더 비싼 공구는 더 넓은 면적을 밀링 할 수 있습니다). 이온 분쇄기는 일부 폴리머와 같은 바르기 쉬운 재료를 재분배하지 않고 절편화할 수있는 냉동 단계 및 기타 액세서리와 함께 구입할 수 있습니다.

DB-FIB는 이미징을 포함하여 표준 작업으로 트렌치 20 미크론과 10 미크론 깊이를 합리적으로 절단 할 수 있습니다. DB FIB의 가장 큰 장점은 섹션을 아주 작은 거리로 샘플로 이동할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 20 미크론의 0.1 단계는 각각 관심 영역을 통과하는 섹션 (그림 4 및 5)으로 만들 수 있습니다. 각 단계는 EDX에 의해 이미지화되고 분석되어 결국 영화로 만들어 질 수 있습니다. 기계적인 x- 섹션은 아주 미세하게 제어 될 수 없습니다.

DB-FIB의 단점은 주로 노출 된 영역이 제한되어 있고 비전 도성 샘플로 작업하기가 어렵다는 것입니다. DB-FIB은 전체 다이에 대한 검사를 허용하지 않지만 서로 매우 근접한 각도로 다양한 키 위치를 이미징 할 수 있습니다 (그림 3 참조). 노출 된 작은 영역은 장치 전체의 솔더 볼 / 범프 부착과 같은 패키징 문제를 볼 때 DB-FIB을 신중하게 고려하지 않습니다.

충전 문제는 절연 샘플을 다룰 때 매우 심각하며 이러한 샘플에는 적합하지 않습니다.
DB FIB 섹션의 제한된 영역과 홀의 기하학적 구조는 습식 식각에 의한 염색을 매우 어렵게하고 추가적인 기술은 섹션에 접근 할 수 없습니다.

각 방법의 주요 장단점은 아래 표에 요약되어 있습니다.

방법 장점 단점
기계식 X 섹션 전체 다이 / 패키지를 검사 할 수 있습니다. 추가 기술에 대한 액세스가 좋습니다. 장치에 작은 제어 단계를 더 이상 진행할 수 없으며 샘플에 압력이 가해집니다.
이온 밀링 매우 깨끗한 광택, 장치에 힘이 가해지지 않음. 입자 구조를 관찰 할 수 있습니다. 귀금속을 사용하여 밀링하므로 오염 문제가 없습니다. 샘플 지오메트리는 샘플 가장자리에서 제한된 단면 깊이로 제한됩니다.
듀얼 빔 FIB 관심 영역을 통해 작은 제어 단계를 수행 할 수 있으며, 여러 인접 영역을 분석 할 수 있습니다. TEM 샘플로 진행하기가 매우 쉽습니다. 작은 영역 만 분석하고 제한된 절입 깊이, 큰 영역 만 합리적으로 분석 할 수 없습니다. 추가 기술에 대한 액세스는 매우 제한적입니다. Ga 이온을 사용하여 스퍼터링하면 문제가 될 수 있습니다. 절연체에 대한 SEM과 동일한 충전 문제가 있습니다.

 

개요

샘플에 가장 적합한 유형의 단면에 대한 결정은 샘플 자체와 필요한 정보에 따라 다릅니다. 본 백서는 특히 반도체 응용 분야에서 대부분의 시료에 적용되는 기계적, 이온 밀링 및 이중 빔 FIB와 같은 각 방법의 가장 일반적인 기술적 장단점을 해결합니다. 각 방법에는 장단점이 있으며 각 방법의 한계와 기능을 아는 것이 중요합니다.

논의 된 방법 중 일부는 추가 작업을 허용하지만 다른 방법은 그렇지 않습니다. FIB 컷이있는 다이는 기계적으로 단면 화되거나 TEM 작업으로 넘어갈 수 있지만 기계 단면은 일반적으로 단면 화 전에 캡슐화되므로 FIB 작업이 불가능합니다. 이온 밀링은 관심 영역이 샘플의 가장자리에 있어야하는데, 이는 절단 또는 사전 기계적 연마에 의해 샘플을 준비해야 할 수 있습니다. 따라서 작업 순서도 중요 할 수 있습니다. 모든 분석 작업에서 가장 중요한 것은 첫 번째 작업을 수행하기 전에 좋은 토론과 계획입니다.

참조

  1. J. Devaney, G. Hill, R. Seippel, 장애 분석 메커니즘, 기법 및 Photo Atlas, 장애 인식 및 교육 서비스, Inc. 1986, 섹션 8.
  2. Microelectronic Failure Analysis Desk Reference, 3rd Edition, eds. TW Lee 및 SV Pabbisetty, ASM International, 1993, pp. 97-110.
  3. 실패 분석 기법 – 절차 가이드, eds. E. Doyle Jr. 및 B. Morris, IITRI, 1980, Section III-N.
  4. https://www.semitracks.com/reference-material/failure-and-yield-analysis/failure-analysis-die-level/mechanical-cross-section.php
  5. https://microscopy-analysis.com/editorials/editorial-listings/preparation-cross-sectional-semiconductor-ic-device-sample-sem
  6. JCH Phang, DSH Chan, SL Tan, WB Len, KH Yim, LS Koh, CM Chua, LJ Balk,“근적외선 광자 방출 현미경 및 분광법에 대한 검토”, 집적 회로 2005의 물리적 및 고장 분석. IPFA 2005. pp. 12-275, 281에서 2005th International Symposium의 절차.
  7. Act Quah, Ls Koh, Cm Chua, M Palaniappan, Jm Chin, Jch Phang,“마이크로 전자 고장 분석의 고장 위치 파악을위한 DC 커플 링 레이저 유도 검출 시스템”, 집적 회로의 물리적 및 고장 분석 2006. 13th 국제 심포지움, pp. 327-332, 2006.
  8. P. Lawrence, "듀얼 빔 (FIB / SEM) 및 그 응용 – 나노 스케일 샘플 준비 및 수정", 2006 19 차 국제 진공 나노 전자 회의, Guilin, 2006, pp. 127-128.
    도 : 10.1109 / IVNC.2006.335390
  9. Y. Chuang, C. Huang, J. Hsu 및 Y. Wu,“GaAs 장치 2017 단계 접합 얼룩 및 스캐닝 커패시턴스 현미경 샘플 준비,”19 IEEE 2017 회 전자 포장 기술 컨퍼런스 (EPTC), 싱가포르, 1, pp. 3 -삼.
    도 : 10.1109 / EPTC.2017.8277565

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