EBIRCH 電子ビーム誘起抵抗変化技術

EBIRCH 解析は SEM チャンバー環境下で行う必要があります。測定時、エンジニアは2本のナノプローブでチップ上の PAD または金属配線（Metal / Via）に接触させ、電流回路を形成して直流バイアス（DC bias）を印加します。電子ビームが試料表面を走査すると、電子ビームのエネルギーにより局所材料にわずかな温度変化が生じます。導体および半導体材料の抵抗は温度によって変化するため、電子ビーム照射領域付近で局所的な抵抗値変化が生じ、電流信号の変化を引き起こします。電流信号変化の位置を検出することで、EBIRCH 画像上で回路内の異常領域を特定できます。この技術は金属短絡や局所的な抵抗異常の解析に特に有効で、ナノスケールで故障位置を迅速に特定できます。

従来の光学レーザー位置決め技術（OBIRCHなど）と比較して、EBIRCHはより高い空間解像度を持っています。EBIRCHはSEM環境下で電子ビームを利用して欠陥をスキャンするため、その解像度はナノスケールに達し、ハイライトがより集中し、位置決めがより正確になります。実際のアプリケーションでは、EBIRCHによって生成されるハイライトのサイズは通常小さくなります。100 nm²光学システムのOBIRCHのハイライトは、おそらくそれよりも大きい。750 nm²そのため、先進的なプロセスIC分析において、EBIRCHは異常領域をより正確に特定でき、特にナノスケールの金属相互接続欠陥分析に適しています。また、EBAC技術は主にオープン（Open）問題に対処しますが、欠陥がショート（Short）または高インピーダンス異常に属する場合、EBIRCHはしばしばより効果的な分析ツールとなります。

EBACとEBIRCH技術原理の示意図

EBACとEBIRCH技術原理の示意図上図はEBAC（Electron Beam Absorbed Current）技術原理、下図はEBIRCH（Electron Beam Induced Resistance Change）技術原理。

EBACは主に電子ビームによって金属導線内の吸収電流を励起し、金属相互接続の開路欠陥を特定します。一方、EBIRCHは電子ビーム照射によって局所的な温度上昇を引き起こし、材料の抵抗値に変化をもたらし、電流の変化を引き起こします。電流信号の変化を測定することで、短絡または高抵抗欠陥の位置を特定できます。この2つの技術は半導体の故障分析において補完的な役割を果たし、欠陥の特定効率と精度を向上させることができます。

図2　EBIRCHを用いてショートの位置を成功裏に特定

By Brett A. Buchea, Christopher S. Butler, H. J. Ryu, Wen-hsien Chuang, Martin von Haartman, Tom Tong [Intel], ISTFA 2015: Conference Proceedings from the 41st International Symposium for Testing and Failure Analysis, November 1–5,

EBIRCH技術を利用してスキャンする際、電子ビームが抵抗異常領域に照射されると、局所的な温度変化が電流信号の変化を引き起こし、欠陥位置が画像中に明確な明るい点として現れます。EBIRCHによって生成される明るい点の集中度が高いため、ナノスケールの短絡や高インピーダンス欠陥を正確に特定できるため、先進的なICプロセスの金属相互接続の故障分析に広く応用されています。

先進プロセスICの故障解析において、単一の分析技術では欠陥を完全に特定することが難しいことが多い。異なる欠陥タイプ、例えば金属オープン（Open）、ショート（Short）、リーク（Leakage）または高抵抗（High Resistance）異なる電気的位置特定技術を組み合わせてクロスバリデーションを行う必要があります。

MA-tek統合を通じてEBIC、EBAC、EBIRCH と OBIRCH先進の位置特定技術を用いることで、異なる故障モードに対して迅速に欠陥位置を特定し、さらにFIBやTEMなどの物理分析手法と組み合わせて根本原因を確認することができます。

プロセスノードが進むにつれて5nm、3nm、さらには 2nmチップ内部の構造がさらに複雑になり、欠陥の位置はしばしば深層金属やナノスケールの接合部にあります。

異なる分析技術のクロスアプリケーションを通じて、次のことが可能です：

• 欠陥の特定成功率を向上させる

• 誤判を減らす

• 分析時間を短縮する

• FIB / TEM サンプリング成功率の向上

したがって、先進的なプロセスの失敗分析において、EBIC、EBAC、EBIRCH と OBIRCH不可欠な電気的位置特定ツールとなっています。