Logik- und Speicherbausteine für Halbleiter

Halbleiterkomponenten – Entwicklung und Fehleranalyse

Höhere Produktivität bei der komplexen strukturellen und elektrischen Charakterisierung

Halbleiterprodukte werden im Transportwesen, in der Arbeitswelt, für die soziale Kommunikation und für industrielle Infrastrukturen benötigt. Dabei wächst die Nachfrage nach höherer Rechenleistung in immer kleineren Formfaktoren ständig. Neue Materialien und zunehmend komplexere Geometrien führen zu neuen Herausforderungen bei der Analyse der Logik- und Speicherstrukturen von Halbleitern. Elektronenmikroskope und Nanosonden müssen höchste Ansprüche erfüllen, um Transistoren auf die Größe der neuesten Technologieknoten reduzieren zu können.

Erweiterte Charakterisierung ohne Kompromisse beim Durchsatz

Bei Mikroskopietechniken für die Entwicklung und Fehleranalyse von Halbleiterkomponenten kommt es auf hohe Durchsatz- und Erfolgsraten an. Fortschrittliche, erweiterte Charakterisierungsmethoden erfordern zumeist Bildgebung mit höchstmöglicher SEM-Auflösung. Gleichzeitig müssen Strahlenergie und Strahlstrom so gering wie möglich gehalten werden, um eine Beschädigung der Probe während der Analyse zu vermeiden. Großer Arbeitsabstand, verzerrungsfreies Imaging und stabiler Strahlstrom sind von zentraler Bedeutung, um den wachsenden Anforderungen der In-situ-Charakterisierung gerecht zu werden, wie etwa der Charakterisierung von Bausteinen mit Nanosonden und Techniken zur Defektlokalisierung.

ZEISS Mikroskopielösungen umfassen:

Branchenführende FE-SEM, FIB-SEM, optische Mikroskope und 3D‑Röntgenmikroskope für die physikalische und elektrische Charakterisierung von Bausteinen, Strukturen und Materialien für Halbleiter
Vernetzte Tools für probenspezifische Workflows, um Analysedaten aus verschiedenen Quellen zu korrelieren, neue Perspektiven zu gewinnen und maximale Erfolgsraten sowie hohen Durchsatz zu erzielen
Zuverlässige und langlebige Mikroskope für automatisierte Mikroskopielösungen, die wiederholbare Ergebnisse und Effizienz entlang globaler Supply-Chain-Prozesse ermöglichen

Halbleiter für Logik- und Speicheranwendungen

Logik- und Speicherbausteine basieren auf neuartigen Materialien und nehmen immer komplexere Geometrien an. Unsere Lösungen für Fehlereingrenzung und Bildgebung bieten branchenführende Leistung und hohe Produktivität bei der Analyse von strahlenempfindlichen Materialien und 3D‑Komponenten – für eine schnelle Identifizierung von Fehlerursachen und Charakterisierung mit hohem Durchsatz.

FIB-SEM-Tomografie eines 3D-NAND

FIB-SEM-Tomografie einer 3D-NAND-Probe, aufgenommen mit ZEISS Crossbeam 550 und Atlas-3D. Die Probe wurde freigelegt und mechanisch bis zur ersten Wortzeile poliert. Dargestellt ist ein virtuelles Teilvolumen von 2 × 1,5 × 0,7 µm³, extrahiert aus dem Datensatz im Übergangsbereich von oberen zum unteren Segment. Rekonstruierte Voxelgröße: 4 × 4 × 4 nm³.

Die Rekonstruktion ermöglicht die Betrachtung des Bausteins in mehreren Schnittebenen in einem beliebigen virtuellen Schnitt.

FIB-SEM-3D-Tomografie eines 7-nm-SRAM

3D-FIB-SEM-Tomografie-Datensatz eines 7-nm-SRAM, aufgenommen mit ZEISS Crossbeam FIB-SEM.
Volumen: 2,34 × 1,18 × 2,35 µm³, Voxelgröße (1.5 nm)³.

Die Rekonstruktion ermöglicht die Betrachtung des Schnitts in mehreren Schnittebenen, um Defekte zu ermitteln oder die Gleichförmigkeit von Prozessen zu beurteilen.

FIB-SEM-Querschnitt eines 7-nm-SRAM

SEM-Bild eines FIB-Querschnitts der Ecke eines 7‑nm-SRAM. FIB-Abtrag und SEM-Imaging wurden mit einem ZEISS Crossbeam FIB-SEM durchgeführt.

Schnelle, qualitativ hochwertigste Querschnitte mit Präzision im Nanometerbereich kombiniert mit hochauflösender Bildgebung machen Crossbeam zu einem vielseitigen Tool für die Querschnittsuntersuchung von Strukturen in den Größen der neuesten Technologieknoten.

FIB-SEM-Lamellenpräparation eines 7-nm-SRAM

TEM-Präparation – 7‑nm-SRAM

Das 30‑kV-STEM-Übersichtsbild im Hellfeld zeigt die Planaransicht einer Lamelle eines 7‑nm-Prozessors auf Kontaktebene. Die Lamellenpräparation und STEM-Bildgebung wurde mit einem ZEISS Crossbeam FIB-SEM durchgeführt.

Bildausschnitt: Die STEM-Bild im Hellfeld mit starker Vergrößerung zeigt die Details der FinFETs und ermöglicht die Beurteilung von Prozessabweichungen.

Low‑k-Filmstapel-Imaging mit SE2-Detektor

Low‑k-Filmstapel, passiver Spannungskontrast mit InLens-Detektor

Ultra-Low‑k-Filmstapel-Imaging

Mechanisch polierter Schnitt eines 14-nm-Bausteins im selben Sehfeld, aufgenommen mit GeminiSEM FE-SEM.

Links:
Das SE2-Bild zeigt topologische Merkmale und freiliegende Vias.

Rechts:
Das InLens-Bild zeigt den passiven Spannungskontrast der Bereiche, die in verschiedenen Tiefen des Schaltkreises oder mit Strukturen unterschiedlicher Implantationspolarität verbunden sind.

7‑nm-SRAM, passiver Spannungskontrast mit InLens-Detektor

7‑nm-SRAM-Topografiekontrast mit SenseBSD-Detektor

7‑nm-SRAM-Imaging mit SenseBSD

Dasselbe Sehfeld eines mechanisch polierten 7-nm-SRAM, aufgenommen bei 1 kV mit einem GeminiSEM FE-SEM.

Links:
Das Inlens-Bild zeigt Oberflächendetails und hebt den passiven Spannungskontrast zwischen Kontakten unterschiedlicher Typen in der SRAM‑Struktur hervor.

Rechts:
Das SenseBSD-Bild zeigt eine Mischung aus Z- und Topografiekontrast.

Abbildung eines 7‑nm-SRAM mit Nanosonde bei 80 eV — 22‑m-SRAM

Ultra-Low‑kV-Imaging eines 7‑nm-SRAM

7-nm-SRAM-Baustein, aufgenommen mit einem GeminiSEM FE-SEM bei 80 eV. Die Gemini-Säule liefert hochauflösendes und verzerrungsfreies Imaging für die Navigation und die Landung der Nanosonde.

EBAC mit Nanosonde eines 14‑nm-Logikbausteins bei 2 kV

EBAC mit Nanosonde eines 14‑nm-Logikbausteins bei 8 kV

Logikpfad-Tracing mit EBAC

Nachverfolgter Logikpfad in einem 14-nm-SRAM, aufgenommen mit GeminiSEM FE-SEM mittels EBAC-Methode (Electron Beam Absorbed Current). Die Bilder zeigen ein InLens-Bild mit überlagerten EBAC-Daten (rot) bei 2 kV (links) und bei 8 kV (rechts). Unterschiedliche Beschleunigungspotenziale ermöglichen die Untersuchung in unterschiedlichen Tiefen der Probe, sodass der vollständige Verbindungspfad nachverfolgt werden kann.

Links: 2 kV
Rechts: 8 kV

7‑nm-SRAM, Abbildung mit Nanosonde, InLens-Detektor

EBIC-Analyse eines 7‑nm-SRAM

Aufnahmen eines 7‑nm-SRAM, der mechanisch bis zur Kontaktebene poliert wurde. Vergleich der mit InLens (links) und Electron Beam Induced Current (EBIC) (rechts) aufgenommenen Bilder desselben Sehfelds; Aufnahme bei 150 eV mit einem GeminiSEM FE-SEM. EBIC ermöglicht die Untersuchung der p‑n‑Übergänge und die Lokalisierung von Bereichen mit elektrisch aktiven Defekten.

EBIRCH-Lokalisierung auf 22‑nm-SRAM

Aufnahmen eines 22‑nm-SRAM, der mechanisch bis zur Kontaktebene poliert wurde. In der Probe wurde zunächst ein Kurzschluss erzeugt. Anschließend wurde die Probe mit dem stabilen Elektronenstrahl des GeminiSEM FE-SEM mit Electron Beam Induced Resistance Change (EBIRCH) bei einem Photostromsignal im Baustein von lediglich 12 nA abgebildet. Beide Fin-Strukturen des Pull-down-Bausteins mit zwei Fins sind sichtbar.

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