Волкова Л.С.   Гришин Т.С.   Поляков М.В.  

Особенности подготовки образцов современных СБИС для ПЭМ-исследований

Докладчик: Волкова Л.С.

Особенности подготовки образцов современных СБИС для ПЭМ-исследований

Л.С. Волкова1), Т.С. Гришин1), М.В. Поляков1)

1)Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН, Москва

Современные полупроводниковые устройства, построенные на базе FinFET-технологии, характеризуются сложной трехмерной структурой, топологической нормой в 14 нм и ниже, наличием high-k диэлектрических слоев толщиной в единицы нанометров, GeSi-областей. Актуальными задачами являются измерение критических размеров, исследования структуры и элементного состава таких устройств как на этапе производства и внедрения, при анализе отказов, так и при их обратном проектировании с целью регистрации незадокументированных включений в СБИС.
Измерения критических размеров такого порядка и исследование структуры слоев современных FinFET-транзисторов возможны благодаря высокоразрешающей электронной микроскопии, однако толщина образца (ламели) для исследования таких объектов с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) должна не превышать 20 нм. Традиционно ламели изготавливаются с помощью двухлучевых растровых электронных микроскопов (РЭМ) с галлиевым фокусированным ионным пучком (ФИП). Однако, воздействие ионов Ga+ на образец может привести к аморфизации образца из-за чего изначальная структура может быть оценена неправильно [1]. Серьезной трудностью также является разная скорость ионного травления разных материалов [2].
В качестве объекта исследование использовалась современная коммерческая СБИС, выполненная по тех процессу 7 нм. Микросхема предварительно была извлечена из корпуса, с помощью ФИП при 30 кВ создавалось поперечное сечение слоя транзисторов, затем ламель извлекалась с помощью наноманипулятора, крепилась на медной ПЭМ-полусетке, утонялась и полировалась пучком ионов с энергией 2 кВ. Вдоль ламели был сделан градиент толщины от примерно 100 нм до 20 нм, так как исследование элементного состава с помощью энергодисперсионной спектроскопии в ПЭМ лучше проводить на несколько более толстых образцах, тогда как для исследования структуры слоев лучше проводить на максимально тонких образцах.

Рисунок 1 – РЭМ-изображение ламели перед утонением и ПЭМ-изображение структуры.

Литература
1. C.S. Bonifacio et al. Post-FIB cleaning of TEM specimens from 14 nm and other FinFETs by concentrated argon ion milling // Electronic devise failure analysis, 21(4), 2019, p. 4-12
2. A. Denisyuk et al. Mitigating Curtaining Artifacts during Ga FIB TEM Lamella Preparation of a 14 nm FinFET Device // Microscopy and Microanalysis, 23(3), 2017, p. 1-7.


К списку докладов