Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ, англ. SEM — Scanning Electron Microscope) является стандартным инструментом анализа дефектов интегральных схем (ИС, англ. IC — Integral Circuit). Обладая хорошей глубиной резкости, улучшенными возможностями по отображению рельефа поверхности, значительным рабочим расстоянием и чрезвычайно большим диапазоном увеличений по сравнению со световой микроскопией, СЭМ обеспечивает еще и уникальные методы визуализации и анализа ИС под воздействием электронного пучка.
Методы СЭМ, использующие инжекцию заряда для анализа ИС:
- EBIC (Electron Beam Induced Current) — метод регистрации тока, индуцированного электронным пучком;
- RCI (Resistive Contrast Imaging) — визуализация резистивного контраста;
- CIVA, LECIVA (Charge-Induced Voltage Alteration) — метод регистрации заряда, индуцированного изменением напряжения (как высокой так и низкой энергии).
Визуализация тока, индуцированного электронным пучком (EBIC)
EBIC предназначен для локализации уровня Ферми в исследуемых областях. Метод позволяет оценить характеристики полупроводниковых материалов и преимущественно используется для идентификации скрытых утечек и дефектов в кремнии (Si). Пример визуализации EBIC показан на рисунке 1 (диффузии видны по всей ИС).
Визуализация резистивного контраста (RCI)
Метод RCI позволяет сформировать карту относительных сопротивлений между двумя тестовыми узлами запассивированной ИС. Сформированная карта будет отображать скрытые проводники ИС и может использоваться для локализации дефектов проводников микросхемы.
Визуализация изменений напряжения, вызванных зарядом (CIVA)
Метод визуализации изменений напряжения, вызванных зарядом (Charge-Induced Voltage Alteration, CIVA) был разработан для обнаружения разрывов металлических дорожек КМОП ИС, с пассивацией или без нее. CIVA позволяет визуализировать разрывы межсоединений ИС в виде изображения. Также CIVA может быть успешно использован при тестировании аналоговых биполярных ИС.
Изменения напряжения, вызванные зарядом, при низких энергиях первичного пучка (LECIVA)
Использование метода CIVA при низких энергиях первичного электронного пучка (<1,0 кэВ) позволяет идентифицировать дефекты металлических проводников типа разрыв под слоем пассивации аналогично традиционному методу CIVA. Основное различие CIVA с низкой энергией пучка (Low Energy Charge-Induced Voltage Alteration, LECIVA) от традиционного метода состоит в том, что первый из них оказывает гораздо более бережное воздействие на тестируемую ИС. Кроме того, LECIVA может быть реализована на базе электронно-лучевых систем, которые функционируют только при низких энергиях первичного электронного пучка. В первую очередь следует применять низкоэнергетическую CIVA из-за практически полного отсутствия разрушающего воздействия на образец.
Изображения поврежденных проводников, полученные методом LECIVA при энергии электронного пучка 300 эВ, показаны на рисунке 4.
Вывод
Представленные методики позволяют проводить исследования материалов и структур. Развитие электроники и стремительное уменьшение размеров технологической нормы не препятствует применению данных методик для анализа отказов современных устройств. Все представленные методы позволяют получить хорошую картину для качественной оценки и являются отличными инструментами в развитии исследовательской базы.
