esd失效分析fa及案例介绍.ppt

ESD失效分析FA及案例介绍(1)一般的失效机理(2)失效分析的案例(3)各种测试的校准和比对性(4)模型和仿真(1)一般的失效机理ESD的失效是一个综合问题:器件结构-工艺-测试方法-ESD形式-工作环境。。。有关。ESD的HBM模式的失效是一个很复杂的问题,目前只有是失效模型,没有器件模型,而是失效模型仿真的结果也只能参考,而对于MM和CDM的ESD在测试上还有很大争议。不同于电路设计:“well-definediron-rulesliketheKirchoffLaws”。即使有大量的论文介绍也是:“Everypaperseemstoreportadifferentresultthatmightonlybevalidforthatdeviceinthatprocesstechnology,testedinthatESDmodelanddonebyusingthatpieceofequipment.”(1)一般的失效机理失效包括:硬失效:如短路、开路、显著漏电流、I-V曲线显著漂移,可以用显微镜和测试仪器获得,是介质还是金属布线还是器件其他部位。典型的硬失效是热损伤(出现在电流集中最大的地方(电场集中出)导致受热不均匀或过热),包括互连线、contact/via、硅和介质;介质击穿(主要是栅氧击穿)软失效:漏电流(例如10-9---10-6),峰值电流等,外观上无法看出,可以使用CURVETRACER、semiconductorparametricanalyser测量出,并分析失效部位潜在失效:很难观察到。主要是specification下降、电学特性退化、寿命降低。典型的是介质的局部损伤(例如time-dependentdielectricbreakdown(TDDB)ofgateoxidelayers,并伴随漏电流增加,阈值电压漂移,功率容量下降等)(1)一般的失效机理失效分析的手段:(1)形貌观察:光学显微镜:最常用,观察器件的表面和逐层剥除的次表面。对于光学显微镜放大倍数是500倍,使用冶金显微镜可以达到1000倍,使用特殊的液体透镜技术,可以达到1500倍,1000-1500可以观察到1微米线宽缺陷。SEM:更高倍数15000倍,使用背散射二次电子和样品倾斜台还可以获得一定的三维图像),存在电荷积累,可以使用扫描离子显微镜SIM,TEM:更高的解析度。可以观察缺陷位错。不需要真空的可以用AFM:会受到表面电荷等的影响。对于需要***观察的,平面的可以用SAM(电声显微镜,特别是铝钉),三维的可以用X射线显微镜,或者使用RIE:反应离子刻蚀,逐层剥除观察。FIB:聚焦离子束,用离子束代替电子束观察显微结构,可以***剥除金属或者钝化层观察,所以FIB也可用于VLSI的纠错(可以加装能谱)(1)一般的失效机理失效分析的手段:2)对于电流的分布(热点)观察:LCA:液晶法观察微区温度EMMI:电子空穴复合产生光子观察电流的大小电子探针技术:使用电压/电流对二次电子谱的影响,OBIRCH:红外加热导致电阻变化,可以透射观察热成像仪(3)成分观察:EDAS、电子微探针显微分析(EPMA)、俄歇电子能谱(AES)、x射线光电子能谱(xPS)、二次离子质谱(SIMs)等方法典型的失效形式1、D-SsiliconfilamentdefectduetohighESDstressfield2、gateoxidefilmsbreakdownduetohighESDelectricfield3、ESDdamagesinmetalinterconnectduetojouleheating4、latentESDfailure1、D-Ssiliconfilamentdefect下图是一个典型的双极保护电路,其中扩散电阻R在HBMESD冲击下损伤在FOD的末端,特征是热损伤-细丝状损伤,位置drain和gate互连末端的contact,并热扩散到source一边,这种热损伤很普遍,D-,有类似的D-,这些是MM典型特征,MM有环振特点(持续30ns),所以每个振荡峰值点就会在器件不同部位上留下一个细丝在CDMESD冲击下,有类似的D-Ssiliconfilamentdefect,但较HBM少,特点是振荡较少上述的FA分析表明:器件末端的layout不均匀,导致电流的不均匀性,在前的drain扩散区周围热过多。两种改进办法: