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Metrología un desafió en la industria del semiconductor a la frontera del
micro et nano mundo
Dr. Carlos Beitia, Ingeniero de aplicaciones, División de capas finas y superficies (FAST), KLA-Tencor
Corp. 38240 Meylan, FRANCE
Hoy en día la densidad de componentes electrónicos en los circuitos integrados (CI) ha
progresado enormemente. Por ejemplo, los últimos procesadores de AMD a doble núcleo “Opteron”
contiene en un CI de 199 mm2 unos 233 millones de transistores o sea aproximadamente un millón
de transistores en un mm2. ¡ La dimensión típica de estos transistores es del orden de 90 nm ! [1-2].
Es bajo este contexto que se toma real medida de las dificultades, desafíos y necesidades de la
metrología necesaria para caracterizar, integrar y producir estos dispositivos electrónicos así como
los materiales necesarios para su desarrollo.
El aspecto predominante de la problemática es la escala del objeto de mesura. El hecho de
tener que medir características físicas de objetos submicroscópicos o nanoscópicos juega un papel
importante en la diferencia de metodología utilizada. La variabilidad global de la medida puede
depender del modelo pero también puede depender de la interacción entre la sonda y el objeto de
medida [3].
Para entender el contexto en que evoluciona la metrología en la industria del semiconductor
se debe primero recordar a grandes rasgo las diferentes etapas de desarrollo, integración y
producción de un CI. Se ilustrara con ejemplos las diferentes necesidades dependiendo de la etapa
de producción.
A continuación trataremos de ilustrar aplicaciones de metrología con dos casos tipos de
medidas en diferentes módulos de producción y etapas de desarrollo en fabricación de dispositivos
microelectrónicos. Las técnicas presentadas serán:
La ellipsometría que esta basada en el cambio de polarización de la luz durante la reflexión
en una superficie [4]. Esta técnica óptica tienes las ventajas de ser rápida y presentar la posibilidad
de estudios in-situ y en tiempo real. Sin embargo presenta límites al nivel de la modelisación y la
sensibilidad en el caso de capas muy finas como las puertas lógicas. En este caso los contaminantes
orgánicos puede ser un real problema.
La caracterización sin contacto de Corona Oxido-Semiconductor (COS) [5] es una técnica
alternativa menos conocida y relativamente nueva en la industria. Esta se basa en una medida de
capacitancia al depositar cargas (Corona) sobre capas dieléctricas depositadas en un semiconductor.
La COS presenta la ventaja de medir directamente el “espesor eléctrico” de las capas aislantes y
permite el estudio de la estructura electrónica de la interfaces. Su desaventaja radica en la
complejidad para obtener información útil para el proceso. Otro problema fundamental son las
corrientes de fuga debido a efecto túnel al nivel de la interfase
En resumen la metrología en el medio de los semiconductores presenta una problemática
dinámica conducida por el proceso de miniaturización e integración de los dispositivos electrónicos
en un CI. Es una área de trabajo en constante evolución y plena de desafió para los físico de la
industria.
[1] 90nm & 65nm CMOS Technology Workshop, Arun Chatterjee, Junio 2005 France KLA-Tencor
Corporation.
[2] Multicore-The next evolution in computing, AMD-website
[3] Metrology for Emerging Research Material and Devices, Garner et al, 2007 International Conference on
Frontiers of Characterization and Metrology for Nanoelectronics,
March 27-29, 2007 NIST
Gaithersburg,MD
[4] Spectroscopy Ellipsometry and Reflectometry: A user Guide, Harland. G. Tompkins and William A.
McGahan, 1999, Wyley & Sons
[5] Contacless Surface Charge Semiconductor Characterisation, D.K. Schroeder, Material Science and
Engineering, B91-92, 2002, 196-210.
II Congreso Nacional de Física
30 de julio al 3 de agosto de 2007
Universidad de Panamá
La Física para el desarrollo científico y tecnológico de la
Sociedad panameña
Metrologia en la industria del
Semiconductor a la frontera del micro
y nano mundo
Carlos Beitia
Agenda
¾
Tendencia en el mercado de CI: Exigencias en metrologia para el control de
proceso en los nodos tecnológicos actuales (90-65 nm) y futuros (45, 32 nm e
inferiores). ITRS (International Technology Roadmap for semiconductor)
¾
Metrologia en el contexto industrial del semiconductor
¾
Cambio de paradigma en la metrologia industrial inducida por la escala del objeto
de medida y la necesidad de alto rendimiento y volumen
¾
¾
Metrologia de Control de Calidad
Metrologia de Caracterización y análisis
¾
Ellipsometría una técnica bien conocida desde el inicio de la industria de
semiconductores, sus limites y sus posibilidades en el contexto actual
¾
Caracterización sin contacto por Corona Oxide Semiconductor, una técnica
relativamente nueva sus limites y sus posibilidades
¾
Conclusión
Tendencia en el mercado de CI
Tendencia en el mercado de la industria del semiconductor cuales
son los factores conductores y en que dirección ?
Diversificación-multifuncionalidad
Miniaturización
La economía de la industria del semiconductor conlleva una diversificación de
clientes y con ella de productos
o
La aumentación de productos conlleva a
una diversificación de tecnologías utilizada
y reglas de diseños
o
Industria de competitividad y actividad muy
Dinámica. Ciclos tecnológicos cortos
o
Fuente reporte del ITRS 2005-2006
La economía de la Industria del Semiconductor : Factor conductor
de la metrologia ?
El desarrollo del mercado nos lleva a mas funciones, mas
integración, mas miniaturización
z
z
z
Sistemas e paquetes
Sistemas en CI
Diversas reglas de diseños y arquitectura de CI
Al final se resume en :
[ Valor Dispositivo ($) – Costo Dispositivo ($) ]
Unidad de Área de Si
Unidad de Área de Si
Valor del dispositivo/cm2 Æ Rendimiento y funcionalidades
(Metrologia de Investigación y Desarrollo)
Costo del Dispositivo/cm2 Æ Control y conocimiento del rendimiento
de fabricación (Metrologia de Control)
La economía de la Industria del Semiconductor : Factor conductor
de la metrologia ?
[ Valor Dispositivo ($) – Costo Dispositivo ($) ]
Unidad de Área de Si
El rendimiento de dispositivos cargados
de funcionalidades (SIP y SOC) por
“Wafer” fabricado es la clave del éxito en
la industria del semiconductor
90nm&65nm CMOS Technology Workshop, Arun Chatterjee, KLA-Tencor Corp.
El rendimiento
El desarrollo e integración de nuevas
funcionalidades
La rapidez de aprendizaje
Metrologia en el contexto industrial
del semiconductor
Metrologia en el contexto industrial del Semiconductor
Miniaturización de los dispositivos
Micro Æ nano
Nodos tecnológicos
< 90 nm
Motores del
Desarrollo
Problemas
Performance y
funcionalidades
Por área
Problemas de potencia
disipada y Problemas de
performance
Reducción del costo
Del CI
Alta contribución en el
Rendimiento de
problemas de ejecución
Costo elevado de FAB y
de produccion, Costo
elevado de FAB de
Desarrollo
Miniaturización tradicional no es mas valida ! Miniaturización equivalente !!
Posibles
soluciones
Nuevos materiales
Nuevos diseños de CI
Nuevos Dispositivos
Nuevas magnitudes físicas
Nuevo paradigma ?
Mejore equipos de
detección de defectos ?
Conversión a 300 mm ?
FAB alianzas
Relocalizacion a países a
bajo costo (Asia)
La economía de la Industria del Semiconductor : Factor conductor
de la metrologia ?
Metrologia un utensilio indispensable para el control rendimiento y desarrollo de la
producción de dispositivos mas complejos
Los actores industriales son concientes : Crecimiento en la inversión de
herramientas para aprendizaje del rendimiento
RENDIMIENTO
Projected Market Size 2004 (B $) 2009 (B $)
Dispositivos Semiconductores
Equipo Semiconductor
(% Dispositivos Semiconductores)
Proces Control Equipment
(% de Equipos Semiconductor)
175
30
17,1%
5
16,7%
250
50
20,0%
9
18,0%
™
™
Fuente: VLIS Research, Aug, 2004
™
Fabricación de Wafer with CI
™
= Wafers Out / # Wafers In
Rendimiento de CI en Wafer
™
=# CI funcionando OK / # CI en el Wafers
Rendimiento de empaquetado de CI
=# CI empaquetado OK / # CI al inicio del
empaquetamiento
METROLOGIA
™ Mejorar el rendimiento
Acelerar el aprendizaje
del rendimiento
™
90nm&65nm CMOS Technology Workshop, Arun Chatterjee, KLA-Tencor Corp.
Cambio de paradigma: Metrologia
de Control de proceso
Industria del semiconductor: Que metrologia ?
Investigación y
Desarrollo
Producción Piloto
Producción de alto
volumen
Concepción y
Diseño de el CI
Deposición de
capas de
materiales
Fabricación y
prueba de prototipo
Impresión de fotomascara
Definición del
proceso
Industrial
Corte y empaque
Corte de CI y
empacado
Dopaje y
tratamientos
térmicos
Metalización
Metrologia de Caracterización y
análisis (Investigación y
Desarrollo)
‰
‰
‰
‰
Excelente o buena Exactitud
Rapidez no es necesaria
Versátil y flexible
Metrologia de Control (Desarrollo o
transferencia de tecnología y Producción)
‰
‰
‰
‰
‰
‰
Aceptable Exactitud
Rapidez
Integrada ??
Excelente “matching”
En ciertos casos una mezcla resultado de un
compromiso de requisitos
La Industria del Semiconductor : Metrologia de control
Fuentes de variabilidad en la metrologia:
‰
Exactitud: Que tan lejos estamos de la valor “REAL”
‰
‰
Precisión: Variabilidad del instrumento y de la interacción instrumento-muestra
‰
‰
Medidas sobre una muestra (diferentes personas, diferente horas)
Estabilidad: Variabilidad de la fabrica (proceso, equipos, materiales, ambiente) a largo plazo
‰
‰
Medidas sobre una muestra en un mismo punto
Repetabilidad: Variabilidad del proceso de medida y/o del factores del ambiente local
‰
‰
Comparación con patrones calibrados
Medidas de una muestra en un periodo de tiempo largo (semana-meses) o medida de diferentes muestras
producidas en un periodo de tiempo largo (semana-meses)
Matching: Variabilidad entre equipos de medidas, técnicas de medidas
‰
Medida de una misma muestra en dos equipos diferentes usando la misma técnica, medida de una muestra
en diferentes fabricas …
Oded Tal, Improving process yield by utilizing smart SPC rules
2003 International conference on compound Semiconductor manufacturing
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de control
Estrategia global de metrologia de PRODUCCION para controlar un proceso
Equipo
Medida
Equipo
Proceso
A
Medida OK ?
Medida Proceso A
Equipo Proceso
OK ?
Equipo de medida (Óptico, TEM – SEM …)
Mapa de medida (5 pt, 49 pts ..)
Tamaño de la muestra (1-2 o todos lo
Wafer)
Control Equipo de
Medida SPC
COSTO (Tiempo !!)
Control Equipo
Proceso A
Intervención sobre
Equipo de medida
COSTO (tiempo) !!
Wafer
recuperable ?
Perdida Wafer
(COSTO) !!
Proceso no conforme !!
Equipo OK ?
Intervención sobre
Equipo de medida
COSTO (tiempo) !!
Equipo
Proceso
B
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de control
CAMBIO !!! Motivado por la reducción de costo y mayor rendimiento :
Estrategia global de metrologia de PRODUCCION para controlar un proceso
Control Equipos Proceso y
medida. FDC (Fault
Detection and Classification)
Tiempo Real ! $$$$
Equipo
Medida
Equipo
Proceso A
Medida OK ?
Medida Proceso A
Equipo Proceso
OK ?
Equipo de medida (Óptico, TEM – SEM …)
Mapa de medida (5 pt, 49 pts ..)
Tamaño de la muestra (1-2 o todos lo Wafer)
Control Equipo de
Medida SPC
Muestreo Dinámico !!! Gana Tiempo –
# Equipo $$$$
Control Equipo
Proceso A
Wafer
recuperable ?
Perdida Wafer
(COSTO) !! $$
Proceso no conforme !!
Equipo OK ?
Intervención sobre
Equipo de medida
COSTO (tiempo) !!$$
Equipo
Proceso B
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de control
CAMBIO !!! Motivado por la
reducción de costo y mayor
rendimiento :
Nuevo Paradigma !! Posible ??
Fuente : Virtual Metrology and Your Technology Watch List: Ten Things You Should Know About
This Emerging Technology
(1/9/2007) Future Fab Intl. Volume 22
By Alan Weber, Alan Weber and Associates
Cambio de paradigma: Metrologia
de Caracterización
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de caracterización y análisis
CAMBIO !!! Motivado por el cambio de miniaturización. Nuevos materiales, nuevas
propiedades nuevas exigencias
no
a
N
Voltage Tunnel & Delta Vt
Trampas de interface Dit
Corriente de Fuga Jlk
% O en Puerta
% N en Puerta
% Ge en SiGe
Structura de Defectos
Revision de Defectos
Puerta SiON valor de k
Parametros Stress-Si
Parametros SOI
ILD k
Espesor de los materiales
Talla de dispositivo
Talla y tipo de Defecto
ro
Mic
Revision de Defectos
Constante Dielectrica k ILD
Espesor de los materiales
Talla de dispositivo
Talla y tipo de Defecto
Miniaturización tradicional
EOT (Puerta)
Trampas de interface Dit
Corriente de Fuga Jlk
% O en Puerta
% N en Puerta
% Ge en SiGe
Forma del dispositivo
Structura de Defectos
Revision de Defectos
Stress local
Puerta SiON valor de k
Parametros Stress-Si
Parametros SOI
ILD k
Espesor de los materiales
Talla de dispositivo
Talla y tipo de Defecto
Miniaturización Equivalente
EOT (Puerta)
Trampas de interface Dit
Corriente de Fuga Jlk
% Hf en Puerta
% O en Puerta
% N en Puerta
% Ge, B e C en SiGe
Forma del dispositivo
Structura de Defectos
Revision de Defectos
FUSI (NiSi) contactos
Stress local
Puerta SiON valor de k
Parametros Stress-Si
Parametros SOI
ILD k
Espesor de los materiales
Talla de dispositivo
Talla y tipo de Defecto
Voltage Tunnel & Delta Vt
EOT (Puerta)
Trampas de interface Dit
Corriente de Fuga Jlk
% Metal en Puerta
% Hf en Puerta
% O en Puerta
% N en Puerta
% Ge, B e C en SiGe
Forma del dispositivo
Structura de Defectos
Revision de Defectos
Estructura del FINFET
Inspeccion FINFET
FUSI (NiSi) contactos
Stress local
Puerta SiON valor de k
Parametros Stress-Si
Parametros SOI
ILD k
Espesor de los materiales
Talla de dispositivo
Talla y tipo de Defecto
Mas allá del CMOS - nano
Tendencias y necesidades de la industria del
semiconductor
El contexto económico impone bajo costos y mas funcionalidades
Miniaturización e integración mas complicadas
Mas parámetros de control de procesos y un control mas estricto
Parámetro de proceso
- Materiales « simples »
-- # Parámetros de control
reducidos
-- Metrologia Clásica
-- Análisis de Rendimiento
Clásicos
Electricos
Eléctrico
Electricos
Elementales
Elemental
Electricos
Elementales
Electricos
Elementales
Elementales
Estructurales
Estructural
Estructurales
Estructurales
Fisico
Estructurales
Fisico
Fisico
Fisico
Estructurales
Fisicos
Regla de Diseño >= 130 nm
-- Materiales «complejosexóticos»
-- # Parámetros de control en
constante aumentación
- Metrologia Innovarte
- Análisis de rendimiento
innovarte
Regla de Diseño <= 130 nm
Talla característica del dispositivo
Físico
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de caracterización y análisis
Rugosidad de las
paredes de la puerta
lógica
Fluctuación del dopaje
Densidad y perfil 3D del
dopaje
Stress mecánico del
canal de conducción 3D
(~ 90 – 32 nm)
Estructura y talla critica de la
puerta lógica (~ 90 – 32 nm)
Corriente de fuga
Análisis elemental de la interfase
Espesor (~ 2 nm)
Nuevos materiales
Resistividad Fuente
Drenador
Defectos cristalográfico
del Canal de conducción
CAMBIO !!! Motivado por el cambio de miniaturización. 0,130 micrón debajo de 0,09
micrón (90 nm y mas)
‰
Metrologia (propiedades locales sobre objetos nanométricos)
‰
‰
‰
Estructurales y morfológicos
Estequiometría y análisis elemental de capas finas
Interfaces
La Elipsometría
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de caracterización y análisis
Elipsometría Æ principio
Monocromador
p
x
Polarizador
girando
s
P’
x
S’
Analizador
Rp
Rs
=
Rp
e
i∆
= tanΨ e
Rs
BUENO
Sin contacto, “no destructiva”
Rápida ‘tiempo real’
Posibilidades “in situ”
MALO
Talla de la sonda (~ 50 micrón en equipos de producción)
Necesita modelisación
La complejidad del modelo se acentúa con la disminución del
espesor (y la preponderancia de superficie e interfaces)
i∆
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de caracterización y análisis
Elipsometría Æ principio de modelisación y ajuste para la obtención de la medida
Resultados de la Medida :
Tan Ψ(λ)
Cos ∆(λ)
Algoritmo de Ajuste :
Modelo óptico Calculo :
Tan teórico Ψ(λ)
Tan Ψ(λ)
Cos teórico ∆(λ)
Cos ∆(λ)
Estructura de las capa finas (bicapa,
rugosa, gradiente ... ?
Modelo nk
Tan teórico Ψ(λ) = f (n, k – structura)
Cos teórico ∆(λ) = f (n, k – structura)
Resultado de la medida :
n, k – porosidad u otro parámetro del
modelo …
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de caracterización y análisis
Elipsometría Æ Problemas debido a la miniaturización !! Oxido aislante de la puerta lógica
2-3 nm !!
Señal es tan débil que la señal proveniente de especies moleculares depositadas o absorbidas
en la superficie influencia la medida
Thickness
24.5
24
23.5
23
22.5
∂θ
= (1 − θ )ka N − kdθ
∂t
Theory
22
T = Tox + A*[1-B/Exp(C*time)]
21.5
21
20.5
25
50
75
100
125
150
175
Where the parameters
B = ka/(ka +A,
kd)B and C are:
C= ka + kd
A=<r> apparent equilibrium thickness
tim e
200
Oxido de Puerta Logica
W ID
Wo ID
5m
a
1 0 r s-m 03
a
15 r s-m 03
a
20 r s-m 03
a
25 r s-m 03
a
30 r s-m 03
ar
s4- 03
av
r9- 03
av
r
14 - 03
-a
v
19 r- 03
-a
vr
24 - 03
-a
v
29 r- 03
-a
vr
-0
3
Espesor (A)
AM C growth
25,5
25
24,5
24
23,5
23
22,5
22
21,5
21
Dia y tiempo
Tiempo
Solución KLA-TencorTM
Desorbcion por Calentamiento local AccuFilmTM
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de caracterización y análisis
Elipsometría Æ Problemas debido a la miniaturización !!
Nuevo materiales Æ Nuevas posibilidades
Carbón Amorfo :H
HfO2
Estructura de absorción por debajo del Gap Óptico !!
Indican defectos en la banda prohibida !
ε = ε 1 + i ε2
ε = n2 - k2 – 2 i nk
z
and ε2 α f (E, Eo, Eg,)
Gap Óptico !! Cambia !!
SP2/SP3 cambia
Posibilidad de utilizar de manera
indirecta SE para caracterización
eléctrica ?
Mas y mas modelisación !
Transición grafítica ?
Metal - Conductor
Smith, J. App. Phys. Vol.55No2, Feb 1994
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de caracterización y análisis
CAMBIO !!! Motivado por el cambio de miniaturización. 0,130 micrón debajo de 0,09 micrón (90 nm y mas)
‰ Metrologia alcanza sus limites ejemplo : Reducción de la capa de SOI en los transistores
Influencia en la
función dieléctrica
Red shift Æ Stress
Blue Shift Æ %Ge
Intensidad Æ % P
Cristalinidad Æ Sin efecto
-
Necesita controlar mejor Concentración %Ge, % P; « Estrés » local
Mejor caracterización y calculo de Dispersión dieléctrica a la escala « nano »
Cambio !!! MULTIPLES TECNICAS Y MODELISACION !!!
Metrology for nanoelectronic, Alain C. Diebold, Frontiers of Characterization and Metrology for Nanoelectronics ,
NIST conference, Gaithesburg Maryland, March 2007
Caracterización sin Contacto
Corona Oxido Semiconductor
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de caracterización y análisis
Caracterización
Corona Oxido Semiconductor
Corona Bias,
Q
Kelvin Probe,
Vsurf
+8kV
LIGHT
Mechanical
Oscillator
Corona
Source,
CO3-, H3O+
Æ Principio
Surface Photovoltage,
SPV
Transient
Detection
Kelvin Probe
Electronics
SPV
Vsurf
OXIDE
+
-+
P SILICON
1.
Apply Qcorona Bias
Measure each ∆Q
2.
Measure Vs (=Vox+ψ)
Probe vibration drives
AC current:
3.
Stop vibration, flash light,
and measure SPV:
⎛
⎞ dC
I = ⎜V - V ⎟
⎝ s kp ⎠ dt
I≈C
dψ
dt
4. Repeat
BUENO
Sin contacto, “no destructiva”
Eléctrica !!
Versátil (Carga, SPV, Contaminación, Corriente de fuga etc.)
MALO
Un poco lenta !
No es posible en wafer con impresos (con CI)
Eliminación de la carga !
QuantoxTM es la solucion COS de KLA-TENCORTM
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de caracterización y análisis
Caracterización Corona Oxido Semiconductor Æ Principio
Al cargar la superficie y medir Vs y SPV sondeamos la banda prohibida del material
Accumulation
Flatband
-
-Vsi = SPV
≈ +0.1V
+
Qsurface
+
+
+
+
+
+
+
+
+
++
++
++
++
+
+
Depletion
-
+
≈ -0.5V
-
Inversion
Vsi=ψ
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de caracterización y análisis
Caracterización Corona Oxido Semiconductor Æ Principio
Vfb: Surface Voltage @ flatband
V fb = V s
SPV = 0
3.0
0.2
SPV-Q
Surface Voltage, Vsurf (V)
Tox: Q-V slope
in accumulation:
dVox
Tox = ε oxide
dQbias
0
-0.2
Surface PhotoVoltage, SPV (V)
1.0
-1.0
Dit: Q-V ‘stretch-out’
in depletion:
-3.0
-0.4
⎡
⎤
D = q1 ⎢ dQ ( meas. ) − dQ ( theory ) ⎥
dΨ
it
⎢⎣ d Ψ
⎥⎦
V-Q
-5.0
-2.0E-07
-0.6
2.0E-07
0.0E+00
2
Applied Q Bias (C/cm )
Qtot: Total oxide charge @ flatband:
Qtot = −
SPV = 0
∑Q
bias
Initial SPV
Ultra-thin Gate thickness In-Line monitoring: Correlation of thickness value extracted from
Quantox COS and MOS capacitor characteristics, Kwame N. Eason et al, Semiconductor international, 3/1/2003
QuantoxTM es la solucion COS de KLA-TENCORTM
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de caracterización y análisis
Caracterización Corona Oxido Semiconductor Æ Oxido de puerta lógica
48
Menos dependiente de contaminación
Orgánica ambiental AMC !!
Tox (Å)
46
44
Tox (Optical)
42
Tox
Medido
con Corona
Tox
(Quantox)
40
38
0
4 nm !!
500
1000
1500
Time (min)
Wafers removed from furnace at t=0
2000
Menos dependiente de contaminación Orgánica ambiental AMC !!
Mide EOT !! Para los nuevos materiales
Combinada con óptica Æ Valor de k
Caracterización de nuevos materiales interconectores SiOCH y materiales porosos !
Ultra-thin Gate thickness In-Line monitoring: Correlation of thickness value extracted from
Quantox COS and MOS capacitor characteristics, Kwame N. Eason et al, Semiconductor international, 3/1/2003
La economía de la Industria del Semiconductor :
Metrologia de caracterización y análisis
CaracterizaciónQuantox
sin contacto
Corona capacitance
Oxido Semiconductor COS
measures
Optical
SE
measures
film
thickness
Æ Corrientes de fuga
SE
Quantox
− − −
−
K = 3 .9
C Quantox
Τ optical
Toptical
EOT
Sensibilidad y posibilidad de medir corrientes de fuga !!
Puerta lógicas
Efecto Túnel directo
Disminución de la barrera (FN)
SILK
Capas dieléctricas Interconectares e ínter niveles
Que mecanismo de conducción en los materiales a bajo k para los interconectores e interniveles ?
Modelisación – experimentos
Mecanismo Poole Frenckel o una combinación con SILK (stress induced leakage)
Hysteresis Loop
0,1
-2,50E-06
-1,50E-06
-1,00E-06
-5,00E-07
0
0,00E+00
-0,1
-0,2
SPV (V)
Material a baja constante
dielectrica
-2,00E-06
-0,3
-0,4
SPV1-UV cured
materiales,
Distintos
SPV1-e-Beam
Distinta trampas
!
-0,5
SPV1-SiN
-0,6
Distinta hysteresis !!
-0,7
Charges Deposited (Coul/cm 2)
5,00E-07
1,00E-06
Conclusiones
La tendencia económica del mercado en funcionalidades, ejecución y producción
de alto volumen exigen un cambio en la miniaturización de CI, Nuevos materiales
nuevos diseños y nuevas propiedades
La metrologia es Necesaria para poder cumplir con estos nuevos requisitos !!
La metrologia de control cambiara de modelo !
La metrologia de caracterización presenta limites y retos debido a las nuevas
propiedades (stress, corrientes de fuga, composición elemental) que entran en
juego en los nuevos materiales introducidos (high k, low k, strained) !
La elipsometría es una técnica que aun tiene futuro pero se basara mas y mas en
la modelisación y calculo
Caracterización Corona Oxido Semiconductor es una técnica con futuro y potencial
de desarrollo pero el contexto económico decidirá su forma y nivel de adopción en
el futuro