【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.14】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22NU0003
利用課題名 / Title
TEMを用いた半導体デバイスの故障個所の抽出・微細観察・分析手法
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
半導体,不良解析,TEM,FIB,ナノプローブ,電子顕微鏡/Electron microscopy
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
沖 朋幸
所属名 / Affiliation
株式会社ソシオネクスト
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
半導体デバイスの故障解析手法のひとつであるSEM-voltage contrast法（以下SEM-VC）により、配線/トランジスタの オープン/ショート異常箇所を特定している。SEM-VCにより特定した場所をナノプローブ装置にて電的特性を確認し、異常箇所をピンポイントで絞り込み、不具合となる原因が視覚的に見いだせるか調査した。
実験 / Experimental
SRAMマクロ内にBit性不良がある試料を用いて、各層研磨と表面観察を繰り返しながらSEM-VCにより異常箇所をS/Dに接続するビア単体まで特定。その後ナノプローブ装置にてビアとゲート間にリークが生じていることを確認した。
リークを確認したビアおよびゲート、ならびにその周囲をFIB加工により摘出し、平面TEM観察をおこない、その後さらにFIBで幅5um、厚さ70nmの断面TEM試料を作製した。電子顕微鏡による観察結果よりリーク原因の考察を行った。
[利用装置]
高分解能透過型電子顕微鏡システム JEM-2100F/HK
結果と考察 / Results and Discussion
平面TEM/STEM観察において、SEM-VC異常の有無により周辺部分と比較したが違いはなく、異常は見いだせなかった。断面TEM観察においては、SEM-VC異常が見えたビア下のシリコン活性領域に干渉縞が多く見えたが、他の部分でも干渉縞は見えており異常ではないと判断した。
次いでリークが生じているゲート/ゲート酸化膜の観察、EDX分析をおこなったが異常が認められず、シリコン部の干渉縞について改めて調査することにした。
当初はビアとゲート間 100～150nmの範囲を高倍率で注意深く観察していたが、低倍にして広い範囲を観察、CL絞りを小さく、OL絞りを小さくする、などをおこなうことで特定箇所のみ不自然な干渉縞が多く観察できるようになった。また活性領域の回析スポットを観察していくと、干渉縞がある領域のみシリコンの回析スポットが定まらないことがわかった。実験に用いたデバイスは単結晶シリコンなので、結晶の対称性に従った回折スポットのパターンが得られるはずである。すなわち干渉縞が見えている部分はシリコン結晶構造が崩れていることがわかった。CL絞り、OL絞りを小さくすることにより入射電子線が異常部分で散乱が多くなり、結果として干渉縞が観察しやすくなったと考えられる。
以上の実験結果より、SEM-VC異常が見られたビアからゲートにかけてシリコンの結晶欠陥が生じており、この欠陥によるリークが不具合原因であると判断できた今回の実験はプレーナ型ゲートであるテクノロジ品の試料を用いておこなったが、今後は素子の微細化によりFinFET～GAAという3D構造へ変化していく。3D構造のデバイスにおいても今回と同じように不具合箇所の特定や観察、不具合原因を視覚的に捉えられるのか実験を継続していく。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究（の一部）は、文部科学省マテリアル先端リサーチインフラ事業課題として
名古屋大学微細構造解析プラットフォームの支援を受けて実施されました。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件