FinFET Cu BEOL 공정의 금속간 유전체에 대한 플라즈마 유도 손상에 대한 테스트 패턴 설계

실험 결과 및 토론

그림 3의 데이터는 0.7 V/sec의 스윕 속도에서 금속 2에 전압 스윕을 0-20 V에서 적용하여 얻은 반면, 항복 전압 및 테스트 패턴이 있는 몇 가지 다른 장치 양쪽의 IMD 누설 전류 그러면 내가 얻어서 비교할 수 있습니다. 82,000μm ² 의 대형 M3 안테나를 만드는 중 , 플라즈마 공정은 안테나의 충전을 유도할 것으로 예상됩니다. 축적된 전하는 저항이 가장 낮은 경로를 통해 방전될 것으로 예상됩니다. 데이터에 따르면 일부 샘플은 초기 유전 파괴를 나타내는 반면 다른 장치의 IMD는 낮은 누설로 비교적 손상되지 않은 상태로 유지됩니다.

82,000μm ² 의 금속 3 안테나에 연결된 차동 테스트 패턴이 있는 기기에서 측정된 누설 전류 . V _BD 전류가 32 nm의 비아 길이에 대해 1 nA에 도달할 때의 전압으로 정의됩니다.

돌격 시 약한 쪽이 우세한 방전 경로로 작용해 좌우 손상 정도의 불균형이 더욱 두드러질 것으로 예상된다. 따라서 V가 큰 기기만 _BD 왼쪽과 오른쪽의 차이는 플라즈마 충전으로 인해 발생할 가능성이 더 큽니다. 따라서 더 작은 V _BD IMD에서 한 쌍의 고장은 PID 스트레스 수준과 관련된 수준으로 등록됩니다. 그림 4a는 웨이퍼 전체에 걸쳐 서로 다른 다이의 샘플에서 발견되는 세 가지 일반적인 특성을 보여줍니다. 이러한 샘플은 양측 고장 없음, 단면 고장 또는 양면 고장 그룹으로 분류할 수 있습니다. 각 그룹의 특정 특성을 나타내는 장치 부분은 그림 4b의 파이 차트에 나와 있습니다. 우리는 안테나가 없는 샘플에서 단측 항복 특성을 갖는 변화가 훨씬 더 낮다는 것을 발견했습니다. 플라즈마 충전 스트레스를 경험하지 않은 대부분의 장치에서 양측의 대칭 동작이 발견됩니다. 이는 차동 쌍에서 비대칭 특성의 대부분이 안테나 구조가 부착될 때 충전 스트레스에서 비롯됨을 시사합니다.

아 웨이퍼 및 b 전반에 걸친 테스트 쌍의 다양한 유형의 고장 특성 60개 이상의 장치 쌍에서 독특한 유형의 항복 특성을 나타내는 샘플의 비율 비교

V 사용 _BD 위의 방법으로 얻은 PID 레벨과 V의 웨이퍼 맵 _BD 유형 I 및 II 패턴의 장치로부터의 패턴은 그림 5에서 비교됩니다. V 웨이퍼 맵 간의 높은 유사성 _BD 두 가지 유형의 모니터링 장치 및 해당 기준 충전 레벨에서 PID 기록기를 얻습니다(그림 5a 참조). PID 전압은 금속 공정 동안 전자 및 이온 충전 이벤트를 모두 기록하는 것으로 믿어집니다[14]. 그러나 웨이퍼를 가로지르는 샘플은 주로 이온 충전보다 더 많은 전자 충전을 받는 것으로 밝혀졌습니다[14]. 우리는 그림 5a, b의 웨이퍼 사이에서 일부 지역 상관 관계를 볼 수 있다고 믿습니다. 도 5a의 것과 명백한 유사성이 없는 패턴 II의 도 5c의 웨이퍼 맵은 양방향 응력[15]이 유전체 층에 2차 효과를 유발할 수 있음을 시사하며, 이는 추가 조사가 필요합니다. 새로운 테스트 패턴에서 측정된 항복 전압 대 기준 PID 레벨을 그림 6에서 비교하면 다이의 PID 레벨이 높을수록 V가 낮아집니다. _BD 새로운 테스트 패턴. 또한, V _BD 플라즈마 충전 레벨을 설정할 수 있습니다. IMD 손상에 대한 한 방향 및 양방향 응력의 영향을 조사하기 위해 V _BD 유형 I 및 유형 II 패턴으로 고안된 것으로부터 측정한 결과를 그림 7에 요약 및 비교하였다. V _BD 웨이퍼에 걸쳐 60개의 다이에 있는 장치에서 얻은 분포는 양방향 충전 스트레스를 경험한 장치가 더 낮은 전압에서 IMD 항복을 보일 가능성이 더 높다는 것을 나타냅니다. 이것은 극성이 IMD에 걸쳐 변할 때 비대칭 응력 수준으로 설명될 수 있습니다[16]. 더욱이, 유전층을 가로질러 10 V로 측정된 응력 유도 누설 전류(SILC)는 IMD 필름 내에서 트랩 상태의 증가에 대한 또 다른 지표입니다[17]. 공정 변동으로 인한 다이 간 변동 효과를 더욱 최소화하기 위해 각 쌍의 누출 비율을 지표로 사용하여 IMD 손상을 추가로 평가합니다. 그림 8은 동일한 다이에 있는 두 가지 유형의 장치에 대한 누설 전류 비율 간에 본질적으로 상관 관계가 없음을 보여줍니다. 즉, 금속 1과 비아2 레이어 사이의 오정렬은 두 패턴 모두에 최소한의 영향을 미칩니다. 현재 비율, R , 나로 정의 _LR /나 _LL 는 이러한 패턴의 다이 간 변동에서 노이즈를 제거하는 데 더 좋은 지표입니다. 완전한 비편향 장치에서 주 충전 스트레스는 완전히 무작위적이어야 하는 오른쪽 또는 왼쪽에서 발생합니다. 여기에서 분배 매체가 1이 아닌 전류 비율에서 일부 바이어스 효과가 발견됩니다. 플라즈마 충전 효과로 인한 손상 결과만 설명되도록 하려면 R 는 그림 9에 설명된 대로 정규화된 전류 비율입니다. 웨이퍼 중심의 분포도에서 R _N 유형 I 패턴의 장치에서 PID 레코더의 플라즈마 스트레스 수준은 상당히 가깝습니다. 한편, R _N 기록된 PID 레벨로는 양방향 스트레스에 취약한 장치를 완전히 설명할 수 없습니다. 이는 상당히 높은 R _N 웨이퍼 전반에 걸친 추가 이온 충전 이벤트의 결과로 패턴 II의 장치에서 수준이 나타납니다.

(a ) (b의 PID 전압 및 VBD ) 테스트 패턴 I 및 (c ) II, 지역적 플라스마 충전 레벨에 기인할 수 있는 백엔드 유전체 층의 플라스마 유도 손상으로 인한 원형 영역 내의 국부적 영향을 보여줍니다.

a에 대한 PID 레벨의 VBD 간의 상관관계 패턴 I 및 b 패턴 II 샘플 각각 [10,11,12]

V의 누적 분포 비교 _BD 패턴 I과 패턴 II의 더 높은 항복 전압을 나타내는 샘플 부분과 웨이퍼 전체에 걸친 60개의 다이

패턴 I 및 II의 왼쪽과 오른쪽의 누설 전류 비율은 이러한 샘플에서 체계적인 오정렬 효과가 없음을 보여줍니다.

아 해당 PID 레벨 및 b와 비교하여 웨이퍼 중앙에 걸쳐 패턴 I 및 II 샘플의 정규화된 전류 비율 왼쪽의 누설 전류 정의(I _LL ) 및 오른쪽(나 _LR )