國(guó)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(duì)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(zhǎng)時(shí)間工作過(guò)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(wèn)題的挑戰(zhàn)。電遷移是指在電場(chǎng)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(guò)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(wèn)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(chǎng)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(duì)評(píng)估芯片可靠性、優(yōu)化芯片設(shè)計(jì)與制造工藝、延長(zhǎng)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(guó)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)?？删_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(wú)金屬原子堆積或流失的跡象。通過(guò)對(duì)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(cè)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(cè)與定位。軟件通過(guò)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(duì)比度差異，自動(dòng)識(shí)別空洞位置。對(duì)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(cè)與定位為評(píng)估電遷移對(duì)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(guò)對(duì)不同工作條件下銅互連空洞情況的對(duì)比分析，確定哪些因素對(duì)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(guó)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(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作仍能確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與重復(fù)性。憑借這些優(yōu)勢(shì)，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(píng)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。