16nm FinFET CMOS 기술에 의한 현장 전자빔 이미징을 위한 감지기 어레이

실험 결과 및 토론

주입된 전자빔의 궤적은 Monte-Carlo 시뮬레이션 결과[24]에 의해 추정될 수 있습니다. 그림 3a의 데이터에서 알 수 있듯이 전자빔은 더 높은 가속 에너지로 더 깊이 이동할 것으로 예상됩니다. 따라서 수집 효율과 웨이퍼 표면을 통해 제안된 검출기로 침투된 전자의 수는 그림 3b에서 제안된 시뮬레이션 데이터와 같이 더 높은 에너지(0~30keV 사이)를 가진 전자에 대해 증가합니다. 30keV 이상의 전자빔 에너지는 대부분의 전자가 실리콘 기판으로 침투하여 FG 수집 효율을 감소시킵니다. 수집 효율성(\(\upeta\))은 다음과 같이 정의됩니다.

여기서 \({Q}_{FG}\)는 FG에 수집되어 저장된 전하를 나타내고 \({Q}_{total}\)는 적용된 전자빔에서 주입된 총 전자를 나타냅니다.

아 다른 가속 에너지로 주입된 전자의 투영된 궤적에 대한 Monte Carlo 시뮬레이션 결과 및 b 웨이퍼 상의 검출기 어레이에 대한 해당 투영 깊이 및 침투 확률

그림 3의 시뮬레이션 결과에 따르면 전자빔은 수 마이크론의 거리를 관통하여 이동할 것으로 예상되며 주입 전 전자 속도는 10keV의 에너지에서 6cm/ns에 도달할 수 있습니다[25]. 응답 시간은 μsec 수준 [26] 이내로 추정되어 빠른 스캐닝 전자빔에 대한 응답이 가능합니다.

챔버 내 전자빔 노출 전에 FG 충전(Q_FG ) 반도체 제조 공정 단계[27, 28]에서 유발된 것을 제거해야 합니다. 여기에서 검출기 칩을 섭씨 250도에서 굽는 초기화 단계가 수행되며, 그림 4a에서 확인된 측정 데이터와 같이 무작위로 배치된 전하가 제거됨에 따라 BL 전류 분포가 조여집니다. 전체 판독 BL 전류는 초기화 후 그림 4b와 같이 0.1pA 미만으로 낮아져 FG 전하를 효과적으로 비울 수 있음을 나타냅니다.

아 BL 전류의 분포는 250°C에서 100,000초 이상 베이킹 후 조여지고 b 누적 플롯은 읽기 전류가 0.1pA 미만으로 수렴함을 나타내므로 Q_FG를 추가로 보장합니다. 지워집니다

초기화 상태에서 픽셀의 BL 전류 분포와 30keV의 고정 에너지에서 전자빔 방사를 증가시킨 후의 BL 전류 분포는 그림 5에 나와 있습니다. 측정 데이터는 BL 전류가 더 큰 전자빔 조사량에 따라 증가함을 나타냅니다. 검출기에 의해 수집된 주입된 전자는 FG를 특정 음의 바이어스 레벨로 충전하고 p-채널 FG 트랜지스터를 점차적으로 켜서 더 큰 판독 BL 전류를 생성합니다. 또한 측정된 데이터는 BL 전류가 포화 상태에 도달하기 전에 크기 범위에 몇 배의 공간이 있음을 암시하므로 넓은 동적 범위 감지에 적합합니다.

30keV의 고정 에너지 수준에서 선량을 증가시키면서 전자빔 노출 후 초기화 상태에서 제안된 검출기의 분포

그림 6의 측정 데이터에서 알 수 있듯이 판독값 BL 전류 이동은 적용된 전자빔의 가속 에너지와 양의 상관관계가 있으며, 이는 그림 3의 시뮬레이션 결과에 예상되며 제안된 검출기를 검증하면 특성을 정확하게 반영할 수 있습니다. 주입된 전자빔 선량 및 가속 에너지의. 감지 평면 피치에서 700nm의 높은 공간 분해능을 갖춘 이 감지기는 24μC/cm ² 의 최소 감지 전자빔 조사량 수준도 시연할 수 있습니다. 5keV에서.

주입된 선량과 가속 에너지는 전자빔 노출 어레이의 결과 BL 전류에 의해 정확하게 반영될 수 있습니다.

8 × 8 테스트 어레이의 2차원 이미지는 0.2μC/cm ² 의 선량으로 30keV e-빔 후 그림 7에 나와 있습니다. , 0.6μC/cm ² 및 1μC/cm ² 비교됩니다.

a의 선량으로 30keV 전자빔 노출 후 2차원 이미지 0.2μC/cm ² , b 0.6μC/cm ² 및 c 1μC/cm ² , 각각

제안된 전자빔 검출기는 선량 및 가속 에너지에 대한 선형 및 높은 응답을 특징으로 할 뿐만 아니라 픽셀 내 데이터 저장 기능이 고유한 속성 중 하나입니다. 그림 8에 나와 있는 데이터에서 볼 수 있듯이 전자빔 노출에 의해 유도된 BL 전류 이동은 섭씨 85도에서 며칠 동안 비교적 안정적으로 유지될 수 있습니다. 따라서 전자빔 감지 결과는 외부 전원 없이 스토리지 노드에 남을 수 있으므로 자동 측정 시스템에 의해 결과적으로 오프라인 전기 판독이 가능합니다.

전자빔 감지 결과는 제안된 검출기에 저장될 수 있으며 데이터는 며칠 동안 비교적 안정적으로 유지되어 오프라인에서 웨이퍼 판독이 가능합니다.

그림 9에서 수행된 실험은 이웃 픽셀이 이미 충전된 경우 제안된 전자빔 검출기의 수집 효율이 약간 감소함을 의미합니다. 인접한 픽셀의 음전위 때문에 전자는 주입 중에 반발력을 경험합니다. 따라서 이러한 패턴 인터페이스 효과를 줄이기 위해 패턴 및 어레이 설계를 고려해야 합니다.

일부 패턴 간섭 효과가 예상되는 인접 셀에 완전히 저장된 플로팅 게이트로 인해 수집 효율이 약간 감소하는 것으로 나타났습니다.