EP3891515A1 - Method for electrically examining electronic components of an integrated circuit - Google Patents

Method for electrically examining electronic components of an integrated circuit

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EP3891515A1
EP3891515A1 EP19809377.5A EP19809377A EP3891515A1 EP 3891515 A1 EP3891515 A1 EP 3891515A1 EP 19809377 A EP19809377 A EP 19809377A EP 3891515 A1 EP3891515 A1 EP 3891515A1
Authority
EP
European Patent Office
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sem
target area
afm
nanoprober
scanning electron
Prior art date
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Pending
Application number
EP19809377.5A
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German (de)
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Inventor
Bert VOIGTLÄNDER
Vasily CHEPERANOV
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority to EP24169826.5A priority Critical patent/EP4398282A3/en
Publication of EP3891515A1 publication Critical patent/EP3891515A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/02—Non-SPM analysing devices, e.g. SEM [Scanning Electron Microscope], spectrometer or optical microscope
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/30—Scanning potential microscopy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/25—Tubes for localised analysis using electron or ion beams
    • H01J2237/2505—Tubes for localised analysis using electron or ion beams characterised by their application
    • H01J2237/2583—Tubes for localised analysis using electron or ion beams characterised by their application using tunnel effects, e.g. STM, AFM
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection

Definitions

  • the invention relates to a method for the electrical examination of electronic components of an integrated circuit.
  • Nanoprobes are used in the semiconductor industry and at research institutes to electrically characterize integrated circuits in error analysis and process optimization. For this purpose, measuring tips are connected directly to the contacts of electronic components, integrated circuits, e.g. Transistor structures, and then the electrical properties of these components e.g. measured using characteristic curves.
  • SEM scanning electron microscope-based
  • AFM atomic force microscope-based
  • the advantages of a SEM-based nanoprober are in particular (a) the fast imaging within a few seconds and (b) the possibility of zooming from the mm range to the nm range, which enables easy positioning of the measuring tips to the contacts, and (c) the Avoidance of lateral leakage currents, which can occur in the air with AFM nanosamplers.
  • the main advantages of the AFM-based nanoprober are (a) the contacting of the sample to be measured under force control, which prevents the tips from bending or breaking off when placed on insulating points, and (b) a sensitive electrical signal can be detected parallel to the topography image (Conductive AFM).
  • the sample to be examined is imaged with an electron microscope and thus also irradiated with an electron beam.
  • an electron microscope When contacting components or transistor structures with the probe tips of a nanoprobe, their positions with respect to one another and relative to the component to be contacted are observed or controlled by continuous imaging with an SEM.
  • the ability of the scanning electron microscope to rapidly image and zoom quickly from the millimeter range to the micrometer range to the nanometer range exploited.
  • the scanning probe microscopy has a small zoom, so no imaging in the millimeter range, and a much slower imaging.
  • Patent application US 20150377921 A1 describes a nanoprober which is a combination of SEM and AFM nanoprobes.
  • US Pat. No. 8,536,526 B2 describes how an SEM-based nanoprober is used to exclude a region that is sensitive to the electron beam from the irradiation by the electron beam.
  • 8,536,526 B2 to avoid sensitive areas from being irradiated by the electron beam is not generally applicable because the contacts are often within the area of the sensitive component structure. In practical application, this means that sensitive parts of electronic components, such as transistors or diodes, are nevertheless exposed to damage. If this area is left out of the image with SEM nanoprobes, these contacts are not visible in the SEM image and the SEM image cannot be used for them Check the position of the tips to the contacts within the area of the sensitive component structure.
  • a change in the electrical properties of components by electron beams is to be avoided.
  • components of an integrated circuit which has an upper surface, on or below which there are components to be electrically examined, which are sensitive to radiation when exposed to electron beams and can be damaged or are examined in their original condition without the influence of external factors should be examined electrically.
  • These areas can contain, for example, components such as capacitors, resistors, transistors or diodes and interconnections between them.
  • the surface area of the integrated circuit in which or below the surface of which the components to be examined are located is referred to as the target area.
  • the target area there are contact points that enable an examination of components such as capacitors, resistors, transistors or diodes.
  • the contact points are points at which electrical contact is made with electrical components.
  • these can be metallic, in particular tungsten, contacts located on the integrated circuit.
  • the surface of the integrated circuit that is outside the target area is defined as the non-target area.
  • the non-target area of the electronic integrated circuit with the scanning electron microscope part of an SEM / AFM nanoprobe is at least partially or completely imaged. This is referred to as SEM for short.
  • SEM scanning electron microscope part of an SEM / AFM nanoprobe
  • the location of the target area is generally known or approximately known.
  • the approach to the target area can be done in different ways.
  • the SEM can leave at least a partial area of the electrical non-target area in trajectories and 's turn off the electron beam of the SEM, when the target range is reached and on again, when the non-target area is reached.
  • the SEM image and the subsequent repositioning of the tips can be used to bring the tips step by step to the edge of the target area.
  • imaging with the SEM is only carried out outside the target area, so that there is no reduction in quality or destruction or a change in the components.
  • Components can be examined electrically without changing the original condition. The examination with the SEM is thus carried out so close to the target area of the electronic component that there is still no reduction in quality or destruction or change in the component. This is the case, for example, at a distance of 50 nm to 10 nm from the edge of the target area. Components can be inspected without changing their original condition.
  • the target area is only imaged with the atomic force microscopic part of the combined SEM / AFM nanoprober, at least partially or completely, in order to avoid radiation damage to the components that are located on the target area or below the target area by means of an SEM image.
  • the atomic force microscopic part of the combined SEM / AFM nanoprober is abbreviated as AFM.
  • AFM atomic force microscopic part of the combined SEM / AFM nanoprober
  • the measuring tips are brought up to carry out electrical measurements at contact points in the target area in order to carry out the electrical measurement with the respective tips.
  • the individual tips can be guided to the desired points, for example to the contact points, and electrical measurements can be carried out there.
  • the measurement at the contact points enables the functional components, such as capacitors, transistors, resistors and diodes, to be assessed.
  • the imaging with the AFM to comprise surface elements of the integrated circuit which at least partially belong to the target area, but also at least partially to the non-target area.
  • the surface area or the surface areas that were identified as the target area are only imaged with the atomic force microscope part of the nanoprober.
  • the position of the measuring tips or the distance of the measuring tips from the surface of the integrated circuit is determined by means of the SEM.
  • the tips are positioned under the control by AFM imaging to the contact points and (b) the tips are lowered at the contact points in order to make sufficient contact with the contact points for the subsequent electrical measurements, and (c) then the to conduct electrical examination.
  • the characteristic curves are then recorded via the measuring tips.
  • the characteristic curves can be recorded over the entire target area or parts of it.
  • the recording of characteristic curves includes one or more current-voltage curves, which are determined either by applying a voltage and measuring currents or by injecting a current and measuring the resulting voltages.
  • electrical properties of the integrated circuit can also be examined using conductive AFM technology.
  • the target area should not be irradiated (shown) with the electron beam in order to avoid a change in the electrical properties of the components of the integrated circuit below the surface and on the surface of the target area, so that it can be examined in its original condition without the influence of external factors can be.
  • the method according to the invention enables examination, in particular quality control, of electronic components in integrated circuits, while avoiding radiation damage from electron beams by a combination of both scanning electron microscopic and atomic force microscopic imaging of the sample surface. This applies in particular to the very frequently occurring case that the contact points to be contacted with the tips lie completely within the target area.
  • Table 1 A comparison of the advantages of different methods and the method according to the invention.
  • Fig. 1a-d An integrated circuit on which trajectories of the electron beam for imaging with the scanning electron microscope, as well as the target area and the tips are shown.
  • FIG. 1a shows a sample in the form of an integrated circuit 1, which is divided into a non-target area 2 and target area 3.
  • the horizontal dashed lines in the non-target area 2 denote a trajectory 4, which represents the path along which the electron beam is guided in the non-target area 2 during the scanning electron microscope imaging.
  • Contact points 5 are drawn in the target area 3.
  • the image is only made with an AFM part of the nanoprober, the tips of which are identified by reference number 6.
  • FIG. 1 b the same components of the sample to be examined have the same reference symbols. In it the tips 6 of the nanoprobe are brought up to the corner points of the target area 3.
  • FIG. 1 c shows surface elements 7a, 7b, 7c and 7d, which are imaged by the tips 6 of the nanoprobe in atomic force microscopy mode and which, in addition to partial areas of the target area 3, in which the contact points 5 are located, also areas of the non-target area 2 include.
  • Figure 1 d shows a representation in which the tips 6 of the nanoprober are on the contact points 5.

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Abstract

The invention relates to a method for electrically examining electronic components of an integrated circuit. According to the invention, a method for electrically examining electronic components of an integrated circuit (1) is provided, comprising a target region (3) to be examined, in which electronic components having contact points (5) are located, and a residual region referred to as non-target region (2), in which an examination is carried out using a combined SEM/AFM nanaprobe. In a first step, the non-target region (2) is at least partially imaged with the scanning electron microscope part of the SEM/AFM nanaprobe, and in a subsequent step, the target region (3) is at least partially imaged with the scanning force microscope part of the SEM/AFM nanaprobe.

Description

B e s c h r e i b u n g Description
Verfahren zur elektrischen Untersuchung von elektronischen Bauelementen eines integrierten Schaltkreises Method for the electrical examination of electronic components of an integrated circuit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Untersuchung von elektronischen Bauelementen eines integrierten Schaltkreises. The invention relates to a method for the electrical examination of electronic components of an integrated circuit.
In der Halbleiterindustrie und an Forschungsinstituten werden Nanoprober eingesetzt, um integrierte Schaltkreise in der Fehleranalyse und bei Prozessoptimierung elektrisch zu charakterisieren. Dazu werden Messspitzen direkt an die Kontakte elektronischer Bauelemente, von integrierten Schaltkreisen, wie z.B. Transistorstrukturen, herangefahren und dann die elektrischen Eigenschaften dieser Bauelemente z.B. anhand von Kennlinien vermessen. Nanoprobes are used in the semiconductor industry and at research institutes to electrically characterize integrated circuits in error analysis and process optimization. For this purpose, measuring tips are connected directly to the contacts of electronic components, integrated circuits, e.g. Transistor structures, and then the electrical properties of these components e.g. measured using characteristic curves.
Es werden dabei unterschiedliche Arten von Nanoprobern eingesetzt, nämlich Rasterelektro- nenmikroskop-basierte (SEM) und Rasterkraftmikroskop-basierte (AFM) Nanoprober. Different types of nano probes are used, namely scanning electron microscope-based (SEM) and atomic force microscope-based (AFM) nano probes.
Beide Arten von Nanoprobern haben ihre spezifischen Vor- und Nachteile. Both types of nanoprobes have their specific advantages and disadvantages.
Die Vorteile eines SEM basierten Nanoprobers sind insbesondere (a) die schnelle Abbildung innerhalb weniger Sekunden und (b) die Möglichkeit eines Zooms vom mm Bereich bis in den nm Bereich, was eine einfache Positionierung der Messspitzen zu den Kontakten ermöglicht, sowie (c) die Vermeidung von lateralen Leckströmen, die bei AFM Nanoprobern an der Luft auftreten können. The advantages of a SEM-based nanoprober are in particular (a) the fast imaging within a few seconds and (b) the possibility of zooming from the mm range to the nm range, which enables easy positioning of the measuring tips to the contacts, and (c) the Avoidance of lateral leakage currents, which can occur in the air with AFM nanosamplers.
Die wesentlichen Vorteile des AFM-basierten Nanoprobers sind (a) die Kontaktierung der zu vermessenden Probe unter Kraftkontrolle, die ein Verbiegen oder Abbrechen der Spitzen beim Aufsetzen auf isolierenden Stellen vermeidet und (b) parallel zur Topographie-Abbildung kann ein empfindliches elektrisches Signal detektiert werden (Conductive AFM). The main advantages of the AFM-based nanoprober are (a) the contacting of the sample to be measured under force control, which prevents the tips from bending or breaking off when placed on insulating points, and (b) a sensitive electrical signal can be detected parallel to the topography image (Conductive AFM).
Beim Nanoprobing mit einem SEM basierten Nanoprober und auch mit einem Nanoprober, der die Verfahren SEM und AFM kombiniert, wird die zu untersuchende Probe mit einem Elektronenmikroskop abgebildet und damit auch mit einem Elektronenstrahl bestrahlt. Bei der Kontaktierung von Bauelementen bzw. Transistorstrukturen mit den Tastspitzen eines Nanoprobers werden deren Positionen untereinander und relativ zu dem zu kontaktierenden Bauelement durch fortwährende Abbildung mit einem SEM beobachtet bzw. kontrolliert. Da bei wird die Fähigkeit des Rasterelektronenmikroskops zur schnellen Abbildung und zum schnellen Zoom vom Millimeterbereich über den Mikrometerbereich zum Nanometerbereich ausgenutzt. Die Scanning probe microscopy hat einen kleinen Zoom, also keine Abbildung im Millimeterbereich, und eine wesentlich langsamere Abbildung. In nanoprobing with an SEM-based nanoprober and also with a nanoprober that combines the SEM and AFM methods, the sample to be examined is imaged with an electron microscope and thus also irradiated with an electron beam. When contacting components or transistor structures with the probe tips of a nanoprobe, their positions with respect to one another and relative to the component to be contacted are observed or controlled by continuous imaging with an SEM. The ability of the scanning electron microscope to rapidly image and zoom quickly from the millimeter range to the micrometer range to the nanometer range exploited. The scanning probe microscopy has a small zoom, so no imaging in the millimeter range, and a much slower imaging.
Es ist bekannt, dass die elektrischen Eigenschaften der Bauelemente durch den hochenergetischen Elektronenstrahl während Abbildung mit dem SEM geschädigt werden können. Beispielhaft wird dies in der Veröffentlichung„Investigation on the Influence of Focused Electron Beam on Electrical Characteristics of Integrated Devices“ von S. Doering, R. Harzer und W. Werner, Qimonda Dresden GmbH & Co OHG, Dresden, Germany, Proceedings of the 33rd International Symposium for Testing and Failure Analysis (ISTFA), Band 33, Seite 210, November 4-6, 2007, McEnery Convention Center, San Jose, California, USA beschrieben. It is known that the electrical properties of the components can be damaged by the high-energy electron beam during imaging with the SEM. This is exemplified in the publication "Investigation on the Influence of Focused Electron Beam on Electrical Characteristics of Integrated Devices" by S. Doering, R. Harzer and W. Werner, Qimonda Dresden GmbH & Co OHG, Dresden, Germany, Proceedings of the 33 rd International Symposium for Testing and Failure Analysis (ISTFA), volume 33, page 210, November 4-6, 2007, McEnery Convention Center, San Jose, California, USA.
Um diese Strahlungsschäden zu reduzieren, wurden in den letzten Jahren die Strahlenergien für die Elektronenmikroskop-Abbildung immer weiter reduziert. Derzeit werden bei der SEM Abbildung typischerweise Strahlenergien von 500 eV verwendet. Allerdings können selbst bei diesen geringen Energien noch Strahlenschäden auftreten. Das Problem wurde also nicht gelöst, sondern nur reduziert. In order to reduce this radiation damage, the radiation energies for electron microscope imaging have been reduced more and more in recent years. At present, radiation energies of 500 eV are typically used in SEM imaging. However, radiation damage can still occur even at these low energies. So the problem was not solved, just reduced.
In der Patentanmeldung US 20150377921 A1 wird ein Nanoprober beschrieben, welcher eine Kombination aus SEM- und AFM-Nanoprobern darstellt. Patent application US 20150377921 A1 describes a nanoprober which is a combination of SEM and AFM nanoprobes.
In dem Patent US 8,536,526 B2 wird beschrieben, wie mit einem SEM-basierten Nanoprober eine gegenüber dem Elektronenstrahl empfindliche Region von der Bestrahlung durch den Elektronenstrahl ausgenommen wird. US Pat. No. 8,536,526 B2 describes how an SEM-based nanoprober is used to exclude a region that is sensitive to the electron beam from the irradiation by the electron beam.
In dem im Patent US 8,536,526 B2 beschriebenen Verfahren wird nur die äußere Hälfte der Kontakte, die gerade außerhalb des angenommenen Bereichs mit der empfindlichen Bauelementstruktur liegt, bestrahlt. Somit erscheinen die Kontakte im Bild des SEM-Nanoprobers zur Hälfte und die Messspitzen können unter Kontrolle zu diesen Kontakten positioniert werden. Eine Limitierung der in der US 8,536,526 B2 beschriebenen Methode, um sensitive Bereiche von der Bestrahlung durch den Elektronenstrahl auszusparen, ist, dass die Kontakte, über die die empfindliche Bauelementstruktur kontaktiert wird, oft sehr nah an der empfindlichen Bauelementstruktur liegen, die von der Bestrahlung durch den Elektronenstrahl ausgespart werden soll. Die in der Schrift US 8,536,526 B2 beschriebene Methode, sensitive Bereiche von der Bestrahlung durch den Elektronenstrahl auszusparen, ist nicht allgemein anwendbar, weil die Kontakte oft voll innerhalb des Bereiches der empfindlichen Bauelement struktur liegen. In der praktischen Anwendung führt dies dazu, dass empfindliche Teile von elektronischen Bauelementen, wie Transistoren oder Dioden, trotzdem einer Beschädigung ausgesetzt sind. Wenn dieser Bereich bei der Abbildung mit SEM-Nanoprobern ausgespart wird, sind diese Kontakte im SEM-Bild nicht sichtbar und das SEM- Bild kann nicht für die Kontrolle der Position der Spitzen zu den Kontakten innerhalb des Bereiches der empfindlichen Bauelementstruktur herangezogen werden. In the method described in US Pat. No. 8,536,526 B2, only the outer half of the contacts, which lies just outside the assumed area with the sensitive component structure, is irradiated. Thus, the contacts appear half in the image of the SEM nanoprober and the measuring tips can be positioned under these contacts under control. A limitation of the method described in US Pat. No. 8,536,526 B2 in order to prevent sensitive areas from being irradiated by the electron beam is that the contacts via which the sensitive component structure is contacted are often very close to the sensitive component structure that is caused by the irradiation the electron beam is to be left out. The method described in US Pat. No. 8,536,526 B2 to avoid sensitive areas from being irradiated by the electron beam is not generally applicable because the contacts are often within the area of the sensitive component structure. In practical application, this means that sensitive parts of electronic components, such as transistors or diodes, are nevertheless exposed to damage. If this area is left out of the image with SEM nanoprobes, these contacts are not visible in the SEM image and the SEM image cannot be used for them Check the position of the tips to the contacts within the area of the sensitive component structure.
Für die Anwendung aus der Halbleiterindustrie ist eine Kombination der beiden Arten von Nanoprobern und deren Vorteilen wünschenswert. Es ist extrem wünschenswert, sowohl die jeweiligen Vorteile beider Verfahren auszunutzen als auch die jeweiligen Nachteile zu vermeiden. For use in the semiconductor industry, a combination of the two types of nanoprograms and their advantages is desirable. It is extremely desirable both to take advantage of the respective advantages of both methods and to avoid the respective disadvantages.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur elektrischen Untersuchung, insbesondere zur Qualitätskontrolle von elektronischen Bauelementen bereit zu stellen, welches die Vorteile beider Verfahren und Vorrichtungen kombiniert, wobei die jeweiligen Nachteile vermieden werden sollen. Insbesondere soll eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften von Bauelementen durch Elektronenstrahlen vermieden werden. It is therefore the object of the invention to provide a method for electrical inspection, in particular for quality control of electronic components, which combines the advantages of both methods and devices, the respective disadvantages being avoided. In particular, a change in the electrical properties of components by electron beams is to be avoided.
Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale. Starting from the preamble of claim 1, the object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nunmehr möglich die Vorteile beider Technologien zu kombinieren und dabei die jeweiligen Nachteile zu vermeiden. Insbesondere wird die Beschädigung der zu vermessenden Bauelemente durch den Elektronenstrahl vermieden. With the method according to the invention it is now possible to combine the advantages of both technologies and to avoid the respective disadvantages. In particular, damage to the components to be measured by the electron beam is avoided.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren in seiner allgemeinen Form beschrieben, ohne dass dies einschränkend auszulegen ist. In the following, the method according to the invention is described in its general form, without this having to be interpreted restrictively.
Erfindungsgemäß werden Bauelemente eines integrierten Schaltkreises, welcher eine Ober fläche besitzt, auf der oder unter der sich elektrisch zu untersuchende Bauelemente befinden, welche bei Einwirkung von Elektronenstrahlen strahlungsempfindlich sind und beschä digt werden können oder in ihrer ursprünglichen Beschaffenheit, ohne Einwirkung von äußeren Faktoren untersucht werden sollen, elektrisch untersucht. Diese Bereiche können beispielsweise Bauelemente, wie Kondensatoren, Wiederstände, Transistoren oder Dioden und Zusammenschaltungen zwischen ihnen enthalten. According to the invention, components of an integrated circuit, which has an upper surface, on or below which there are components to be electrically examined, which are sensitive to radiation when exposed to electron beams and can be damaged or are examined in their original condition without the influence of external factors should be examined electrically. These areas can contain, for example, components such as capacitors, resistors, transistors or diodes and interconnections between them.
Der Oberflächenbereich des integrierten Schaltkreises, in dem sich oder unterhalb dessen Oberfläche sich die zu untersuchenden Bauelemente befinden, wird als Zielbereich bezeichnet. Innerhalb dieses Zielbereichs befinden sich dann Kontaktstellen, die eine Untersuchung von Bauelementen, wie Kondensatoren, Wiederstände, Transistoren oder Dioden ermöglichen. Bei den Kontaktstellen handelt es sich in der allgemeinsten Form um Stellen, an denen ein elektrischer Kontakt zu elektrischen Bauelementen hergestellt wird. Beispielhaft kann es sich dabei um sich auf dem intergierten Schaltkreis befindende metallische-, insbesondere Wolfram-Kontakte handeln. The surface area of the integrated circuit in which or below the surface of which the components to be examined are located is referred to as the target area. Within this target area there are contact points that enable an examination of components such as capacitors, resistors, transistors or diodes. In the most general form, the contact points are points at which electrical contact is made with electrical components. By way of example, these can be metallic, in particular tungsten, contacts located on the integrated circuit.
Die Oberfläche des integrierten Schaltkreises, die außerhalb des Zielbereiches liegt, wird als Nicht-Zielbereich definiert. The surface of the integrated circuit that is outside the target area is defined as the non-target area.
Erfindungsgemäß wird zuerst der Nicht-Zielbereich des elektronischen integrierten Schaltkreises mit dem Rasterelektronenmikroskop-Teil eines SEM/AFM Nanoprobers wenigstens teilweise oder auch vollständig abgebildet. Dieser wird im Folgenden verkürzt als SEM bezeichnet. Die Spitzen des Nanoprobers werden dem Zielbereich angenähert. According to the invention, the non-target area of the electronic integrated circuit with the scanning electron microscope part of an SEM / AFM nanoprobe is at least partially or completely imaged. This is referred to as SEM for short. The tips of the nanoprober are brought closer to the target area.
Dabei ist es möglich, zuerst Bereiche, die weiter von dem Zielbereich entfernt sind, mit dem Rasterelektronenmikroskop abzubilden um dann in kleinen Schritten die Positionen der Spitzen an den äußeren Rand des Zielbereichs anzunähern. Die Lage des Zielbereichs ist dabei in der Regel bekannt oder annähernd bekannt. It is possible to first image areas that are further away from the target area with the scanning electron microscope and then to move the tips of the tips to the outer edge of the target area in small steps. The location of the target area is generally known or approximately known.
Die Annäherung an den Zielbereich kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen. The approach to the target area can be done in different ways.
Zum Beispiel kann das SEM mindestens eine Teilfläche des elektrischen Nicht-Zielbereiches in Trajektorien abfahren und den Elektronenstrahl des SEM 's ausschalten, wenn der Zielbereich erreicht wird und wieder einschalten, wenn der Nicht-Zielbereich erreicht wird. For example, the SEM can leave at least a partial area of the electrical non-target area in trajectories and 's turn off the electron beam of the SEM, when the target range is reached and on again, when the non-target area is reached.
Es ist auch möglich, einen kontinuierlichen Elektronenstrahl des SEM 's in Trajektorien auf dem integrierten Schaltkreis herum zu führen und die Richtung des Elektronenstrahls umzudrehen, wenn der Zielbereich erreicht wird. It is also possible to carry out in s trajectories on the integrated circuit around and reverse the direction of the electron beam a continuous electron beam of the SEM 'when the target range is reached.
Es ist auch möglich, den Elektronenstrahl des SEM 's spiralförmig um den Zielbereich herumzuführen. Dabei ist es möglich, zuerst Bereiche, die weiter von dem Zielbereich entfernt sind, mit dem Rasterelektronenmikroskop abzubilden um dann in kleinen Schritten die Positionen der Spitzen an den äußeren Rand des Zielbereichs anzunähern. It is also possible to spiral around outside the area perform the electron beam of the SEM's. It is possible to first image areas that are further away from the target area with the scanning electron microscope and then to approximate the positions of the tips to the outer edge of the target area in small steps.
Vorzugsweise kann dabei die SEM Abbildung und die nachfolgende Re-Positionierung der Spitzen dazu genutzt werden, die Spitzen Schritt für Schritt an den Rand des Zielbereiches heranzuführen. Damit wird die Abbildung mit dem SEM nur außerhalb des Zielbereiches durchgeführt, so dass keine Qualitätsminderung oder Zerstörung bzw. eine Veränderung der Bauelemente erfolgt. Bauelemente können so elektrisch untersucht werden, ohne dass eine Veränderung des ursprünglichen Zustandes eintritt. Damit wird die Untersuchung mit dem SEM so nah an den Zielbereich des elektronischen Bauelements durchgeführt, dass noch keine Qualitätsminderung oder Zerstörung bzw. eine Veränderung Bauelements erfolgt. Das ist beispielsweise bei einem Abstand von 50 nm bis 10 nm vom Rand des Zielbereichs der Fall. Bauteile können untersucht werden, ohne dass eine Veränderung des ursprünglichen Zustandes eintritt. Preferably, the SEM image and the subsequent repositioning of the tips can be used to bring the tips step by step to the edge of the target area. This means that imaging with the SEM is only carried out outside the target area, so that there is no reduction in quality or destruction or a change in the components. Components can be examined electrically without changing the original condition. The examination with the SEM is thus carried out so close to the target area of the electronic component that there is still no reduction in quality or destruction or change in the component. This is the case, for example, at a distance of 50 nm to 10 nm from the edge of the target area. Components can be inspected without changing their original condition.
Die Abbildung des Zielbereichs wird nur mit dem rasterkraftmikroskopischen Teil des kombinierten SEM/AFM-Nanoprobers wenigstens teilweise oder vollständig durchgeführt, um Strahlungsschäden an den Bauelementen, die sich auf dem Zielbereich oder unterhalb des Zielbereiches befinden, durch eine SEM Abbildung zu vermeiden. Der rasterkraftmikroskopische Teil des kombinierten SEM/AFM Nanoprobers wird in einer verkürzten Benennung als AFM bezeichnet. Unter AFM Kontrolle der Positionen der Spitzen werden die Messspitzen zur Durchführung von elektrischen Messungen an Kontaktstellen im Zielbereich herangeführt, um an diesen die elektrische Messung mit den jeweiligen Spitzen durchzuführen. The target area is only imaged with the atomic force microscopic part of the combined SEM / AFM nanoprober, at least partially or completely, in order to avoid radiation damage to the components that are located on the target area or below the target area by means of an SEM image. The atomic force microscopic part of the combined SEM / AFM nanoprober is abbreviated as AFM. Under AFM control of the positions of the tips, the measuring tips are brought up to carry out electrical measurements at contact points in the target area in order to carry out the electrical measurement with the respective tips.
Mit Hilfe der AFM Abbildungen der einzelnen Spitzen können die einzelnen Spitzen zu den gewünschten Stellen, beispielsweise zu den Kontaktstellen, geführt werden, und dort elektrische Messungen durchgeführt werden. Die Messung an den Kontaktstellen ermöglicht eine Bewertung der sich darunter befindenden funktionellen Bauelemente, wie beispielsweise Kondensatoren, Transistoren, Wiederstände und Dioden. With the help of the AFM images of the individual tips, the individual tips can be guided to the desired points, for example to the contact points, and electrical measurements can be carried out there. The measurement at the contact points enables the functional components, such as capacitors, transistors, resistors and diodes, to be assessed.
Es ist auch möglich, dass die Abbildung mit dem AFM Flächenelemente des integrierten Schaltkreises umfasst, welche wenigstens teilweise zu dem Zielbereich, jedoch auch wenigstens teilweise zu dem Nicht-Zielbereich gehören. It is also possible for the imaging with the AFM to comprise surface elements of the integrated circuit which at least partially belong to the target area, but also at least partially to the non-target area.
Erfindungsgemäß werden der Oberflächenbereich oder die Oberflächenbereiche, die als Zielbereich identifiziert wurden, nur mit dem Rasterkraftmikroskop Teil des Nanoprobers ab gebildet. Dabei wird die Position der Messspitzen bzw. der Abstand der Messspitzen von der Oberfläche des integrierten Schaltkreises mittels des SEM ermittelt. According to the invention, the surface area or the surface areas that were identified as the target area are only imaged with the atomic force microscope part of the nanoprober. The position of the measuring tips or the distance of the measuring tips from the surface of the integrated circuit is determined by means of the SEM.
Zur Durchführung der elektrischen Untersuchung werden (a) die Spitzen unter Kontrolle durch AFM Abbildung zu den Kontaktstellen positioniert und (b) die Spitzen an den Kontaktstellen abgesenkt, um einen für die nachfolgenden elektrischen Messungen ausreichenden Kontakt zu den Kontaktstellen herzustellen und (c) dann die elektrische Untersuchung durchzuführen. To carry out the electrical examination, (a) the tips are positioned under the control by AFM imaging to the contact points and (b) the tips are lowered at the contact points in order to make sufficient contact with the contact points for the subsequent electrical measurements, and (c) then the to conduct electrical examination.
Über die Messspitzen werden dann die Kennlinien aufgenommen. Die Aufnahme der Kennlinien kann über den gesamten Zielbereich oder Teile davon erfolgen. Die Aufnahme von Kennlinien beinhaltet eine oder mehrere Strom-Spannungskurven, die entweder durch das Anlegen einer Spannung und der Messung von Strömen oder das Inji zieren eines Stroms und der Messung der resultierenden Spannungen ermittelt wird. The characteristic curves are then recorded via the measuring tips. The characteristic curves can be recorded over the entire target area or parts of it. The recording of characteristic curves includes one or more current-voltage curves, which are determined either by applying a voltage and measuring currents or by injecting a current and measuring the resulting voltages.
Weiterhin können elektrische Eigenschaften des integrierten Schaltkreises auch durch die conductive AFM Technik untersucht werden. Der Zielbereich soll nicht mit dem Elektronenstrahl bestrahlt (abgebildet) werden, um eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften der Bauelemente des integrierten Schaltkreises unterhalb der Oberfläche und an der Oberfläche des Zielbereiches zu vermeiden, damit es in seiner ursprünglichen Beschaffenheit, ohne Einwirkung von äußeren Faktoren, untersucht werden kann. Furthermore, electrical properties of the integrated circuit can also be examined using conductive AFM technology. The target area should not be irradiated (shown) with the electron beam in order to avoid a change in the electrical properties of the components of the integrated circuit below the surface and on the surface of the target area, so that it can be examined in its original condition without the influence of external factors can be.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Untersuchung, insbesondere eine Qualitätskotrolle, von elektronischen Bauelementen in integrierten Schaltkreisen, unter Vermeidung von Strahlenschäden durch Elektronenstrahlen durch eine Kombination von sowohl einer rasterelektronenmikroskopischen als auch einer rasterkraftmikroskopischen Abbildung der Probenoberfläche. Dies gilt insbesondere für den sehr oft auftretenden Fall, dass die mit den Spitzen zu kontaktierenden Kontaktstellen vollständig innerhalb des Zielbereichs liegen. The method according to the invention enables examination, in particular quality control, of electronic components in integrated circuits, while avoiding radiation damage from electron beams by a combination of both scanning electron microscopic and atomic force microscopic imaging of the sample surface. This applies in particular to the very frequently occurring case that the contact points to be contacted with the tips lie completely within the target area.
In den Figuren und der Tabelle sind vergleichende Angaben zu verschiedenen Verfahren, sowie ein elektronisches Bauelement dargestellt, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren untersucht wird. In the figures and the table, comparative information on various methods and an electronic component are shown, which is investigated with the method according to the invention.
Es zeigt: It shows:
Tabelle 1: Eine Gegenüberstellung der Vorteile von verschiedenen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Verfahren. Table 1: A comparison of the advantages of different methods and the method according to the invention.
Fig. 1a-d: Ein integrierter Schaltkreis, auf welchem Trajektorien des Elektronenstrahls für die Abbildung mit dem Rasterelektronenmikroskop, sowie der Zielbereich und die Spitzen dargestellt sind. Fig. 1a-d: An integrated circuit on which trajectories of the electron beam for imaging with the scanning electron microscope, as well as the target area and the tips are shown.
In Figur 1a) ist eine Probe in Form eines integrierten Schaltkreises 1 dargestellt, der in einen Nicht-Zielbereich 2 und Zielbereich 3 aufgeteilt ist. Die horizontal gestrichelten Linien in dem Nicht-Zielbereich 2 bezeichnen eine Trajektorie 4, welche den Weg darstellt, entlang derer der Elektronenstahl während der rasterelektronenmikroskopischen Abbildung in dem Nicht- Zielbereich 2 geführt wird. In dem Zielbereich 3 sind Kontaktstellen 5 eingezeichnet. In dem Zielbereich erfolgt die Abbildung nur mit einem AFM-Teil des Nanoprobers, dessen Spitzen mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnet sind. In Figur 1 b) haben gleiche Bestandteile der zu untersuchenden Probe dieselben Bezugszeichen. In ihr sind die Spitzen 6 des Nanoprobers an die Eckpunkte des Zielbereiches 3 herangeführt. FIG. 1a) shows a sample in the form of an integrated circuit 1, which is divided into a non-target area 2 and target area 3. The horizontal dashed lines in the non-target area 2 denote a trajectory 4, which represents the path along which the electron beam is guided in the non-target area 2 during the scanning electron microscope imaging. Contact points 5 are drawn in the target area 3. In the target area, the image is only made with an AFM part of the nanoprober, the tips of which are identified by reference number 6. In FIG. 1 b), the same components of the sample to be examined have the same reference symbols. In it the tips 6 of the nanoprobe are brought up to the corner points of the target area 3.
In Figur 1 c) sind Flächenelemente 7a, 7b, 7c und 7d dargestellt, welche von den Spitzen 6 des Nanoprobers im Rasterkraftmikroskopiemodus abgebildet werden und die neben Teilberieche des Zielbereiches 3, in denen sich die Kontaktstellen 5 befinden, auch Bereiche des Nicht-Zielbereiches 2 umfassen. FIG. 1 c) shows surface elements 7a, 7b, 7c and 7d, which are imaged by the tips 6 of the nanoprobe in atomic force microscopy mode and which, in addition to partial areas of the target area 3, in which the contact points 5 are located, also areas of the non-target area 2 include.
Figur 1 d) zeigt eine Darstellung, in der sich die Spitzen 6 des Nanoprobers auf den Kontaktstellen 5 befinden. Figure 1 d) shows a representation in which the tips 6 of the nanoprober are on the contact points 5.
Tabelle 1 Table 1

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur elektrischen Untersuchung von elektronischen Bauelementen eines integrierten Schaltkreises (1 ), umfassend einen zu untersuchenden Zielbereich (3), in welchem sich elektronische Bauelemente mit Kontaktstellen (5) befinden, und einen restlichen Bereich, der als Nicht-Zielbereich (2) bezeichnet wird, 1. Method for the electrical examination of electronic components of an integrated circuit (1), comprising a target region (3) to be examined, in which electronic components with contact points (5) are located, and a remaining region, which is a non-target region (2) referred to as,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass mit einem kombinierten SEM/AFM-Nanoprober eine Untersuchung durchgeführt wird, wobei mindestens ein Teil des Nicht-Zielbereiches (2) in einem ersten Schritt mit dem Rasterelektronenmikroskop-Teil des SEM/AFM-Nanoprobers abgebildet wird und wenigstens ein Teil des Zielbereiches (3) in einem nachfolgenden Schritt nur mit dem Rasterkraftmikroskopischen Teil des SEM/AFM-Nanoprobers abgebildet wird und in einem weiteren nachfolgenden Schritt mit dem Nanoprober Strom-Spannungskurven als elektrische Kennlinien an den Kontaktstellen aufgenommen werden oder eine conduktive AFM Technik durchgeführt wird. that an examination is carried out with a combined SEM / AFM nanoprober, with at least a part of the non-target area (2) being imaged in a first step with the scanning electron microscope part of the SEM / AFM nanoprober and at least a part of the target area (3 ) is imaged in a subsequent step only with the atomic force microscopic part of the SEM / AFM nanoprober and in a further subsequent step with the nanoprober current-voltage curves are recorded as electrical characteristics at the contact points or a conductive AFM technique is carried out.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die elektronischen Bauelemente des Zielbereiches (3) mindestens eine Komponente aus der Gruppe von Dioden, Transistoren, Wiederstände und Kondensatoren sind. that the electronic components of the target area (3) are at least one component from the group of diodes, transistors, resistors and capacitors.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , 3. The method according to any one of claims 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Untersuchung des integrierten Schaltkreises (1 ) mit dem Rasterelektronen- mikroskop-Teil des SEM/AFM-Nanoprobers zuerst in Bereichen durchgeführt wird, welche weiter von dem Zielbereich (3) entfernt sind, und der Elektronenstrahl des Rasterelektronenmikroskop-Teils des SEM/AFM-Nanoprobers dem Zielbereich (3) in kleinen Schritten angenähert wird. that the examination of the integrated circuit (1) with the scanning electron microscope part of the SEM / AFM nanoprober is first carried out in areas which are further away from the target area (3), and the electron beam of the scanning electron microscope part of the SEM / AFM -Nanoprobers the target area (3) is approached in small steps.
4. Verfahren nach Anspruch 3, 4. The method according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
ein Teil der Fläche des Nicht-Zielbereiches mit dem Rasterelektronenmikroskopischen Teil des SEM/AFM Nanoprobers in Trajektorien abgefahren und der Elektronenstrahl des Rasterelektronenmikroskopischen Teils des SEM/AFM Nanoprobers ausgeschaltet wird, wenn der Zielbereich erreicht wird und wieder eingeschaltet wird, wenn der Nicht- Zielbereich erreicht wird. Part of the area of the non-target area is scanned in trajectories with the scanning electron microscopic part of the SEM / AFM nanoprober and the electron beam of the scanning electron microscopic part of the SEM / AFM nanoprober is switched off becomes when the target area is reached and is switched on again when the non-target area is reached.
5. Verfahren nach Anspruch 3, 5. The method according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Elektronenstrahl des Rasterelektronenmikroskopischen Teils des SEM/AFM- Nanoprobers spiralförmig an den Zielbereich herangeführt wird. that the electron beam of the scanning electron microscopic part of the SEM / AFM nanoprober is spirally guided to the target area.
6. Verfahren nach Anspruch 3, 6. The method according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass ein kontinuierlicher Elektronenstrahl des Rasterelektronenmikroskopischen Teils des SEM/AFM Nanoprobers in Trajektorien auf dem integrierten Schaltkreis herumgeführt wird der seine Richtung ändert, wenn er den Zielbereich (3) erreicht. that a continuous electron beam of the scanning electron microscopic part of the SEM / AFM nanoprober is guided in trajectories on the integrated circuit which changes its direction when it reaches the target area (3).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. The method according to any one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Abbildung des Rasterelektronenmikroskopischen Teils des SEM/AFM- Nanoprobers und eine nachfolgende Re-Positionierung des Spitzen dazu genutzt werden, die Spitzen Schritt für Schritt an den Rand des Zielbereiches heranzuführen. that the imaging of the scanning electron microscopic part of the SEM / AFM nanoprober and a subsequent repositioning of the tip are used to bring the tips step by step to the edge of the target area.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. The method according to any one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Rasterelektronenmikroskopische Teil des SEM/AFM-Nanoprobers 50 nm bis 10 nm an den Zielbereich herangeführt wird. that the scanning electron microscopic part of the SEM / AFM nanoprober is brought 50 nm to 10 nm to the target area.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 9. The method according to any one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass von dem Rasterkraftmikroskopischen Teil des SEM/AFM-Nanoprobers wenigstens teilweise Flächenelemente des Nicht-Zielbereiches untersucht werden. that the atomic force microscopic part of the SEM / AFM nanoprober at least partially examines surface elements of the non-target area.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. The method according to any one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Zielbereich komplett mit dem rasterkraftmikroskopischen Teil des SEM/AFM- Nanoprobers untersucht wird. that the target area is completely examined with the atomic force microscopic part of the SEM / AFM nanoprober.
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