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Main Title: Development of ultra sensitive localisation techniques for failure analysis of soft breakdown events in low K dielectrics
Translated Title: Entwicklung von ultra sensitiven Lokalisierungsverfahren für die Fehleranalyse von "soft breakdown" Defekten in dielektrischen Materialien
Author(s): Herfurth, Norbert
Advisor(s): Boit, Christian
Referee(s): De Wolf, Ingrid
Kowal, Julia
Seifert, Jean-Pierre
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: The phenomenon of generating a soft breakdown defect on degrading low k dielectric materials has been observed for many years. So far, the development of such defects has not been fully understood. For the reconstruction of said developments, it is necessary to perform a detailed physical defect analysis. This thesis describes a detailed way to develop failure analysis methods for low k dielectric test structures. The developed methods are used to localise soft breakdown defects with sample resistances of ~200GΩ. Subsequent high resolution microscopy (TEM) and high resolution chemical analysis (STEM-EDX) verify the localisation methods developed and give a first impression of the defect development. However, understanding the acquired physical analysis requires detailed defect characterisation using multiple techniques such as electro optical frequency mapping or spectral photon emission microscopy. Only the consideration of the results of different topics such as electrical characterisation, physical analysis, defect characterisation and numerical defect simulation has led to a synergy that makes it possible to understand the observed defect morphology. These topics have been processes in the framework of this thesis. In order to facilitate the understanding of the interrelationships of the individual parts of the thesis, a prologue provides the results of the individual topics.
Das Phänomen des entstehenden Soft Breakdown Defekts bei der Degradation von dielektrischen Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante wird seit vielen Jahren beobachtet. Bislang ist die Defektentwicklung noch nicht vollständig verstanden. Eine detaillierte physikalische Defektanalyse ist eine Notwendigkeit, um die Defektentwicklung zu verstehen. Diese Arbeit beschreibt einen detaillierten Weg zur Entwicklung von Fehleranalysemethoden für Teststrukturen mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Die entwickelten Methoden werden verwendet, um Soft Breakdown Defekte mit Probenwiderständen von ~200GΩ zu lokalisieren. Anschließende hochauflösende Mikroskopie (TEM) und hochauflösende chemische Analyse (STEM-EDX) verifizieren die entwickelten Lokalisierungsmethoden und geben einen ersten Eindruck der Defektentwicklung. Das Verständnis der gewonnenen physikalischen Analyse erfordert jedoch eine detaillierte Defektcharakterisierung mit mehreren Techniken wie „electro optical frequency mapping”oder“spectral photon emission microscopy”. Erst die Verknüpfung der Ergebnisse der verschiedenen bearbeiteten Themengebiete, wie elektrische Charakterisierung, physikalische Analyse, Defektcharakterisierung und numerische Defektsimulation hat zu einer Synergie geführt, die es erlaubt, die beobachtete Defektmorphologie zu verstehen. Die Zusammenfassung prägnanter Ergebnisse in einem Prolog erleichtert es das Zusammenwirken der einzelnen Teilgebietezu erfassen.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/11690
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-10578
Exam Date: 4-Sep-2020
Issue Date: 2020
Date Available: 13-Oct-2020
DDC Class: 537 Elektrizität, Elektronik
620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): low K dielectric
failure analysis microelectronics
soft breakdown localisation
photon emission microscopy
spectral photon emission microscopy
Low-k-Dielektrikum
Mikroelektronik-Fehleranalyse
Soft-Breakdown-Lokalisation
Photonen-Emissions-Mikroskopie
spektrale Photonen-Emissions-Mikroskopie
License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
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