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SEMベースのナノプロービング

先端プロセス 5nm / 3nm / 2nm ノードのナノ電気特性測定と故障箇所特定技術

高性能計算とAIチップの急速な発展に伴い、半導体プロセスは正式にポストムーア時代に突入しました。プロセスノードは7nmから5nmに進み、3nmおよび2nmに向けて進展しています。デバイス構造も平面型MOSFETからFinFET と GAA等三維構造。

 

このナノスケールでは、従来のAFMベースのナノプロービングは高解像度の位置決めと安定した電気測定の要求を満たすことが難しくなっています。SEMベースのナノプロービング(走査型電子顕微鏡ナノプローブ技術)先進プロセスの単一デバイス測定および故障解析のコアツールとなる。

 

SEM-based Nano-probing は SEM の真空環境下で、低加速電圧電子ビームナノプローブと組み合わせて、すでに成功裏に応用されています5nm FinFETプロセスノード

  • 高解像度の形態観察

  • 単一トランジスタ I-V / C-V 測定

  • 漏電と短絡の位置特定

  • RC遅延分析

  • EBIC / EBAC / EBIRCH 故障判定

SEMベースのナノプロービング技術原理

SEM-based Nano-probing は走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)ナノスケールの機械プローブシステムと同じ真空環境に統合することで、エンジニアは高解像度のイメージング条件下で、単一のトランジスタの電気特性測定と欠陥の位置特定を同時に行うことができます。

 

低加速電圧 I-V 測定 - Low kV 環境下での安定した電気特性の再現
図|7nmデバイスの異なる加速電圧下での電気的差異の比較
SEM環境下での電気測定では、電子ビーム自体が試料表面の電荷蓄積やチャネル特性のドリフトを引き起こす可能性があり、測定の解釈に影響を与えることがあります。nProber IVは最低100eVの低加速電圧操作をサポートしており、電子ビームによるデバイスへの干渉を効果的に低減し、I-V曲線をデバイスの元の特性により近づけることができます。

 

 

温度制御台と環境電気分析 -40°C から 150°C の動的条件検証
図|部品の温度上昇・下降における電気特性測定プロセスの概略
先進晶片の信頼性検証は室温操作にとどまらず、温度は漏れ電流、接触抵抗およびチャネルの挙動に顕著な影響を与えます。SEM-based Nano-probingは温度制御ステージを統合しており、-40°Cから150°Cの環境条件下で電気的測定を行うことができ、エンジニアが高温高出力および低温極端条件下でのデバイスの安定性を評価するのを支援します。

 

 

電子ビーム誘起故障解析技術 - EBIC、EBAC、EBIRCH の統合解釈

SEMプラットフォームでは、基本的な電気測定に加えて、電子ビーム誘発分析も行うことができます。電子ビームが試料に衝突する際に生成される電子-正孔対は、測定可能な電流信号を形成し、ゲート酸化層の崩壊、接合漏れ、または金属の開路と短絡などの欠陥を特定することができます。EBIC、EBAC、およびEBIRCH技術を用いて交差比較することで、異なるタイプの故障を区別し、判読の精度を向上させることができます。

 

 

高速 750ps Pulsed I-V- ナノデバイスのトランジェントおよび RC 遅延分析
図|高速パルスI-V過渡波形の比較(Reference vs Fail)
ナノスケールでは、抵抗とキャパシタンスの効果がトランジスタのスイッチング動作に大きな影響を与えます。nProber IVは750psの高速パルスI-V機能を備えており、トランジスタが切り替わる瞬間のトランジェント波形をキャッチし、上昇および下降遅延時間を分析し、正常品と不良品の違いを比較します。これはRC遅延、ゲート酸化膜の漏れ電流、および接触異常の診断において重要な価値を持っています。

 

 

C-V測定とチャネル品質検証
図|高速パルスI-V過渡波形の比較(リファレンス対故障)
ナノスケールでは、抵抗とキャパシタンスの効果がトランジスタのスイッチング動作に大きな影響を与えます。nProber IVは750psの高速パルスI-V機能を備えており、トランジスタが切り替わる瞬間のトランジェント波形をキャッチし、上昇および下降遅延時間を分析し、正常品と不良品の違いを比較します。これはRC遅延、ゲート酸化膜の漏れ電流、接触異常の診断において重要な価値を持っています。

 

 

MA-tekの優位性
先端プロセス向けナノ電気測定の統合型技術プラットフォーム

5nm以下の先進プロセスでは、単一の技術では失敗の根本原因を完全に判断することはできません。MA-tek「クロステクノロジー統合」をコアの強みとし、SEMベースのナノプロービングを完全な故障解析プロセスに組み込むことで、単一ポイント測定ではなくなります。

 

図|nProber IV 第四世代 SEMベースのNanoProberシステム

MA-tekSEMベースのナノプロービングを完全な失敗分析プロセスに組み込むことで、単一の測定技術ではなくなります。ナノプローブが疑わしい領域を特定した後、AFMベースのナノプロービング、C-AFM、OBIRCH、熱EMMI、FIBによる精密サンプリング、TEMによる構造検証にシームレスに接続でき、Electrical FAとPhysical FAの統合プラットフォームを形成します。

 

5nmおよびそれ以下のノードでは、単一の技術では複雑な故障問題を解決することが難しくなっています。技術のクロスバリデーションと専門的な解釈経験を通じて、MA-tekは効果的に位置決め時間を短縮し、根本原因の特定成功率を向上させ、再作業や誤判のリスクを低減することができます。

 

nProber IV 第四代 SEM-based NanoProber システムは、高解像度 SEM とナノプローブ測定プラットフォームを統合しており、真空環境下で単一トランジスタの電気測定と精密な故障位置特定を行うことができ、先進プロセスのナノ電気分析のコア装置です。

 

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