FATraining: VC (Voltage Contrast)

定義:
　　當電子束(SEM)或離子束(FIB)照射電位不同的物質時會有不同二次電子產率(yield),造成影像的亮度不同

當電子束(離子束)掃描過樣品表面時, 會與表面產生非彈性碰撞, 並放射出一些低能(<50 eV)的二次電子

這些電子一般僅能離開表面30nm以內, 利用偵測器前端外加幾百伏特的電壓將這些二次電子吸收,並成像(參考 SEM)

樣品表面的電位會影響二次點子的產率.電位越高放射二次電子量越少,電位越低放射量越多

利用此影像判斷連接線(metal, poly, contact, via)的 open/ short

被動式VC (passive voltage contrast): 此方式僅需將樣品接地-置於載具上(Stage)不須任何外加電源,用於尋找樣品上的短路/開路(open/short)

主動式 VC (Active voltage contrast): 此方法利用Tester將樣品置於操作狀態, 藉由電子束量測IC內部的訊號(參考 probing)

右圖說明其差異:

被動式VC-接地:導體較亮, 因為沒有電荷累積所以二次電子的產率固定.

被動式VC-未接地:隨電荷累積量的增加(表面電位增加),二次電子的產率減少,所以影像亮度比接地的暗

主動式VC:並不考慮電荷累積問題, 其電位由測試機台提供, 原理與被動式相同

特性:

當電子束能量小於 2kV時, 所產生二次電子量會比轟擊電子量(primary beam)還大,因此會累積正電荷

當電子束能量高於 2kV時, 電子束會更深入樣品內部,所產生二次電子量會比轟擊電子量(primary beam)小,因此會累積負電荷

一般低能量用 1 kV, 高能量用 5 kV; 若利用 1.9 kV,可利用掃描速率不同產生不同影像(累積正電荷或負電荷)

將樣品去層次到Contact, 利用低能電子束看 VC 影像將如下圖所示, 可用於判斷是否有Contact open/short (右圖為剖面圖)

高能與低能量電子束對各種Contact明亮度的比較[2](暗的部份也有些許亮度不同,如前項討論)

N+/PW p+/NW Floating Gate Well

Low KV (1KV) 暗亮暗亮

High KV (5KV) 暗亮亮暗

	N+/PW	p+/NW	Floating Gate	Well
Low KV (1KV)	暗	亮	暗	亮
High KV (5KV)	暗	亮	亮	暗

用高能電子束將得到不同的影像,利用兩種影像互補可以找到不同的錯誤點(defect point)
　例: 將SRAM樣品去層次到Metal 1, 低能影像見不到異常點, 高能影像發現有異常的Metal(金屬線較亮).由上表可判斷其為 N+/PW opened(影像請見參考資料[2])

推論:

此Metal 1有3接點, P+/NW, N+/PW, poly gate

低能影像時因有P+/NW將累積的的正電荷排除所以看不到異常點,所有的Metal 1均會亮

低能影像時,累積負電荷須利用N+/PW排除,故障點因沒有迴路可排除累積電荷,所以電位將較其他低,影像上其亮度將明亮很多

一般商用FIB使用 Ga⁺當離子源, 加速電壓為30kV

其原理與用SEM相同, 不過僅會累積正電荷(低能SEM影像), 其影像為接地的導線較亮

使用FIB的好處為可直接切斷連線,或重接線路,利於找到金屬連接線的open/short點,並可直接做結構分析(Cross-Section)

例: FIB 找metal short 點,可去護層或直接用FIB開窗判斷.

例: contact open & poly contact open(去層次到Contact)

文章來源 http://jchen.myweb.hinet.net/vc/index.html

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