Die Halbleiter-Fehleranalyse ist ein wachsendes Bedürfnis in diesem Bereich, um das Design, die Verarbeitung und das Testen von Bauelementen zu verbessern. Sie ermöglicht die Identifizierung von Problemen mit dem Bauelement und die Bestimmung ihrer Ursachen.
Die Fehleranalyse umfasst eine Reihe von Tests, die darauf abzielen, fehlerfreie Bauteile in der Massenproduktion zu erzielen. Dazu können elektrische Tests wie Thermal-/Photoemissionsanalysen, Überprüfungen elektrischer Parameter und Schaltzeitsteuerungstests sowie mikroskopische Untersuchungen zur Identifizierung weiterer Defekte gehören.
Arten und Ursachen von Ausfällen
Alle Halbleiterausfälle lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: parametrische Ausfälle, die auftreten, wenn die funktionalen Eigenschaften eines Bauteils außerhalb der gewünschten Spezifikationen liegen, und funktionale Ausfälle, die auftreten, wenn ein Bauteil seine vorgesehene Funktion nicht erfüllt.
Je nach Halbleiterbauelement können Ausfälle visueller, mechanischer, thermischer oder elektrischer Natur sein. Es kann viele Ursachen für Bauteilausfälle geben, die auf Defekte wie Hohlräume, Spannungen, Dotierungsfehler, Verunreinigungen und lokale Verzerrungen zurückzuführen sind.
Fehleranalysetechniken und ihre Anwendungen
Die Identifizierung feiner Defekte erfordert sehr präzise Techniken zur Untersuchung der Oberfläche und Tiefe von Halbleiterbauelementen. Measurlabs bietet ein breites Spektrum an Analysen, um Routineprüfungen zu ergänzen und die Identifizierung schwieriger Fehlerquellen zu unterstützen. Einige Beispiele werden im Folgenden vorgestellt:
Rasterelektronenmikroskopie (REM)
REM wird eingesetzt, um kleine Defekte, typischerweise im Größenbereich von 10 nm, auf der Oberfläche eines Bauteils zu beobachten. Tiefergehende Analysen können auch durch die Untersuchung von Querschnitten eines Bauteils durchgeführt werden, die beispielsweise mittels Focused Ion Beam (FIB) oder Broad Ion Beam (BIB) präpariert werden können. REM kann in Kombination mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS oder EDX) auch für eine allgemeine Elementaranalyse verwendet werden. Ein fensterloser EDX-Analysator kann eine relative Quantifizierung jedes Elements ab Bor in einer Menge von mehr als 0,1–1 Gew.-% liefern. Typische Anwendungsbeispiele für REM bei der Halbleiter-Fehleranalyse umfassen die Inspektion von Rissen und Hohlräumen, die Messung der Schichtdickenkonsistenz sowie die Partikelidentifikation.
Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
Die TEM wird eingesetzt, um noch kleinere Defekte im Sub-nm-Bereich zu untersuchen, und kann auch mit EDX-Messungen kombiniert werden, um die elementare Zusammensetzung und Diffusion zu analysieren. Mittels FIB wird eine Probenlamelle hergestellt, die dünn genug für die Analyse ist (~ 100 nm). Die TEM ermöglicht ein breites Spektrum an Analysen, wie z. B. Grenzflächendiffusion, Versetzungen, Kristallstruktur und andere Feindefektuntersuchungen.
Scanning Acoustic Microscopy (SAM)
SAM ist eine zerstörungsfreie, auf Ultraschallwellen basierende Technik, die besonders für Halbleiterbauelemente mit mehrschichtigen Stapeln geeignet ist. SAM liefert 3D-Bilder der Struktur und ermöglicht die Analyse vollständiger 300-mm-Wafer mit µm-Auflösung. Die Methode kann zur Untersuchung von Rissen, Hohlräumen sowie Haftungs- und Delaminationsproblemen eingesetzt werden. Der wesentliche Vorteil von SAM besteht darin, dass Defekte vor der Prüfung nicht präzise lokalisiert werden müssen, da die gesamte Probenstruktur erfasst wird.
Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR)
FTIR ist eine zerstörungsfreie Technik, die für Kompositionsstudien eingesetzt wird. Sie kann für Konformitätsmessungen und zur Messung der Konzentration von Restsauerstoff in Si-Wafern verwendet werden. In jüngerer Zeit hat FTIR auch Anwendung in der Emissionsanalyse gefunden. Die Technik ermöglicht den Nachweis von Analyten auf ppm-Niveau und liefert Echtzeitmessungen.
Die Wahl der richtigen Prüfmethoden
Für eine umfassende Fehleranalyse in der Massenproduktion von Halbleitern ist eine breite Palette an Tests erforderlich. Measurlabs bietet diese Tests an – von einfachen elektrischen Routinemessungen bis hin zu anspruchsvolleren Untersuchungen von Defekten mit den für Ihre Anforderungen am besten geeigneten Methoden.
Unsere Prüfexperten helfen Ihnen dabei, die beste Methode basierend auf Ihrer individuellen Gerätearchitektur und Forschungsfrage auszuwählen. Kontaktieren Sie uns über das untenstehende Formular, um ein Angebot anzufordern. Wir melden uns innerhalb eines Werktages bei Ihnen.