國儀量子電鏡在銅互連電遷移空洞定位的應(yīng)用報(bào)告

一、背景介紹

在半導(dǎo)體芯片制造領(lǐng)域，隨著芯片集成度的不斷提升，芯片內(nèi)部的互連結(jié)構(gòu)對于確保高效、穩(wěn)定的信號(hào)傳輸至關(guān)重要。銅互連因其低電阻、高電導(dǎo)率以及良好的抗電遷移性能，成為現(xiàn)代超大規(guī)模集成電路中互連材料的首選。在復(fù)雜的芯片電路中，銅互連負(fù)責(zé)連接各個(gè)晶體管和功能模塊，保障電流順暢流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)芯片的各種功能。

然而，在芯片長時(shí)間工作過程中，由于高電流密度的持續(xù)作用，銅互連面臨著電遷移問題的挑戰(zhàn)。電遷移是指在電場作用下，金屬原子沿著導(dǎo)體內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生定向遷移的現(xiàn)象。這一過程會(huì)導(dǎo)致銅原子從某些區(qū)域流失，進(jìn)而在銅互連內(nèi)部形成空洞。電遷移空洞的出現(xiàn)會(huì)顯著增加銅互連的電阻，阻礙電流傳輸，引發(fā)信號(hào)延遲、電壓降增大等問題。嚴(yán)重時(shí)，空洞的不斷擴(kuò)大甚至可能導(dǎo)致銅互連線路斷裂，造成芯片短路或斷路，使芯片完全失效。電遷移空洞的形成與電流密度、溫度、銅互連的微觀結(jié)構(gòu)以及所施加的電場強(qiáng)度等多種因素密切相關(guān)。因此，精準(zhǔn)定位銅互連中的電遷移空洞，對評估芯片可靠性、優(yōu)化芯片設(shè)計(jì)與制造工藝、延長芯片使用壽命具有重要意義。

二、電鏡應(yīng)用能力

（一）微觀結(jié)構(gòu)成像

國儀量子 SEM3200 電鏡具備高分辨率成像能力，能夠清晰呈現(xiàn)銅互連的微觀結(jié)構(gòu)。可精確觀察到銅互連內(nèi)部是否存在電遷移空洞，確定空洞的形狀，判斷其是圓形、橢圓形還是不規(guī)則形態(tài)；呈現(xiàn)空洞的邊緣特征，確定邊緣是否清晰、有無金屬原子堆積或流失的跡象。通過對微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)致成像，為定位電遷移空洞提供直觀且準(zhǔn)確的圖像基礎(chǔ)。例如，清晰的空洞輪廓成像有助于準(zhǔn)確界定空洞的位置和范圍。

（二）空洞檢測與定位

借助 SEM3200 配套的圖像分析軟件，能夠?qū)︺~互連中的電遷移空洞進(jìn)行精準(zhǔn)檢測與定位。軟件通過設(shè)定合適的算法，根據(jù)空洞與周圍銅基體在圖像中的對比度差異，自動(dòng)識(shí)別空洞位置。對不同位置的多個(gè)空洞進(jìn)行標(biāo)記和統(tǒng)計(jì)，分析空洞在銅互連中的分布情況。精確的空洞檢測與定位為評估電遷移對銅互連的影響程度提供量化數(shù)據(jù)支持，有助于確定受電遷移影響最嚴(yán)重的區(qū)域。

（三）空洞與電遷移機(jī)制關(guān)聯(lián)研究

SEM3200 獲取的電遷移空洞數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際電遷移理論模型以及芯片工作時(shí)的電學(xué)參數(shù)，能夠輔助研究空洞形成與電遷移機(jī)制之間的關(guān)聯(lián)。通過對不同工作條件下銅互連空洞情況的對比分析，確定哪些因素對空洞的產(chǎn)生和發(fā)展影響顯著。例如，發(fā)現(xiàn)高電流密度和高溫共同作用會(huì)加速空洞的形成與擴(kuò)展，為優(yōu)化芯片散熱設(shè)計(jì)和降低電流密度提供依據(jù)，以有效抑制電遷移空洞的產(chǎn)生。

三、產(chǎn)品推薦

國儀量子 SEM3200 鎢燈絲掃描電鏡是銅互連電遷移空洞定位的理想設(shè)備。它具有良好的分辨率，能清晰捕捉到銅互連微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)微特征和空洞變化。操作界面人性化，配備自動(dòng)功能，大大降低了操作難度，即使經(jīng)驗(yàn)不足的研究人員也能快速上手，高效完成空洞定位任務(wù)。設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，長時(shí)間連續(xù)工作仍能確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性與重復(fù)性。憑借這些優(yōu)勢，SEM3200 為半導(dǎo)體芯片制造企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)提供了有力的技術(shù)支撐，助力評估芯片可靠性、優(yōu)化芯片制造工藝，推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展。