複雑化するデバイスの最新解析事例

2007 OEGセミナー
複雑化するデバイスの最新解析事例
2007年 7月10日
信頼性技術事業部
解析技術グループ
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発表の内容
１．デバイスの複雑化に対する対応
２．Ｘ線ＣＴ観察法の解析手法及び事例
３．メカニカルエッチング法の解析手法及び事例
４．まとめ
５．今後の課題
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１．１ 複雑化するデバイスとは
１．パッケージ
周辺端子パッケージ
エリア端子パッケージ
BGA(wire bond)
DIP
基板
QFP/TQFP
３次元パッケージ
MCP
BGA(FC)
FBGA
TAB
SiP
WLCSP
SOP/QFP
2000年
1960年
２．ウェハ
３．実装
・設計ルールの微細化
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
DRAM （nm） 130 115 100 90
80
70
65
実装技術の多層化、高密度化
・配線構造の複雑化
アルミ配線、Ｗプラグ接続構造
↓
Ｃｕデュアルダマシン構造
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携帯電話などのシステム基板に高密度実装
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１．２ 複雑化するデバイスの解析
携帯電話などに搭載されたデバイスの解析例
1.システム実装状態
2.デバイスパッケージ状態
3.ウエハレベル
外観検査
外観検査
チップ表面検査
Ｘ線検査
Ｘ線検査
チップ断面検査（ＳＥＭ）
パッケージ開封
界層解析検査
筐体の解体
実装状態の詳細検査
内部組み立て状態の検査
チップ断面検査（ＴＥＭ）
複雑な構造の為、不具合検出は難しい
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１．３ 複雑化するデバイス解析の問題点と対策
従
来
・透過Ｘ線観察法
Ｘ線検査
対
策
・Ｘ線ＣＴ観察法
検査対象に応じた観察条件
画像診断技術の確立
２次元透過像
複雑化デバイスの構造確認が困難
・界層解析（ドライ＆ウェットエッチング法）
界層解析
検査
プラズマエッチング装置（ＲＩＥ）
ドラフトチャンバー（ケミカルエッチング）
・メカニカルエッチング法
微細プロセスの界層解析
手法開発
微細プロセスの界層解析不可
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２．１ Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置の特徴
・SMX-225CT-SV３（島津製作所）
・最大管電圧：２２５ｋV、最大管電流：１ｍA
・マイクロフォーカス（最小焦点寸法：４μｍ）
・搭載可能サンプル：φ200×H250mm、9kg
装置外観像
イメージインテンシファイヤ
Ｘ線管球
ターンテーブル
パソコン
装置内観像
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２．２ 解析事例１（携帯電話）
透過Ｘ線像
立体像（３Ｄ像）
断層像（ＭＰＲ像）
２次元像では確認が難しいものが立体像、断層像だと
容易に確認ができる
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２．３ 解析事例２（携帯電話）
Ｘ線ＣＴ観察像
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２．４ 解析事例３（携帯電話のＭＰＵ拡大）
Ｘ線ＣＴ観察像
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５ｍｍ
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２．５ 解析事例５（多芯ケーブルの断線部拡大）
外観像
下側の 本のうち 本が
応力により断線している
7
6
透過Ｘ線像
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Ｘ線ＣＴ観察像
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２．７ Ｘ線ＣＴ観察法による解析のまとめ
Ｘ線ＣＴ観察法導入により
複雑化試料の詳細な構造が確認可能
３次元データ化により
複雑な筐体の解体、パッケージ開封が可能
立体像、断層像など多彩なデータ取得が可能
２次元データ像と比べ不具合要因検出率の飛躍的な向上
飛躍的な向上
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３．１ 界層解析検査とは
デバイスの各積層構造を上層から順次観察する手法
・上層配線がマスクとなる下層配線の観察が可能
・故障部位、不具合箇所の特定及び観察が可能
界層解析のイメージ
上層配線
故障箇所
上層除去
下層配線
チップ表面情報
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上層除去
プラグ
層間絶縁膜
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チップ3次元情報
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３．２ 複雑化したデバイスの界層解析での問題点と対策
従来、ドライ＆ウェットエッチング法で積層膜除去
問題点
・化学反応を利用している為、積層膜の凹凸や配線材料に
により反応速度が変わりオーバーエッチングが発生
・ウェーハプロセスの微細化、多層化構造に対応不能
対策
メカニカルエッチング法の新規開発
今回、開発したメカニカルエッチング法および解析事例について紹介する
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３．３ 従来方法とメカニカルエッチング法の界層解析イメージ
PV膜
（SiN
系）
メタル配線
バリアメタル
従
来
方
法
Ｍ3
Ｍ2
Ｍ2
Ｍ2
Ｍ１
Ｍ１
Ｍ１
層間絶縁膜
（SiO系）
エッチング前
（３Ｍ１Ｐ構造）
Si基板
メ
カ
ニ
カ
ル
エ
ッ
チ
ン
グ
法
Ａｌ単層配線構造
Ｃｕデュアルダマシン構造は原理的に不可
Ｍ3
Ｍ３表面露出
（ドライ＆ウェット）
プラグ
ポリ配線（ゲート）
Ｍ２表面露出
（ウェット）
・薬液のオーバエッチング
・絶縁膜のエッチングムラ
Ｍ3
Ｍ3
Ｍ2
Ｍ2
Ｍ2
Ｍ１
Ｍ１
Ｍ１
エッチング前
（３Ｍ１Ｐ構造）
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Ｍ３表面露出
（ドライ＆ウェットエッチング）
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Ｍ２表面露出
（メカニカル＆ウェット）
・オーバエッチングなし
・プラグ接続の確認可能
Ｍ１
Ｍ１表面露出
（ウェットエッチング）
・配線の消失、剥離
研磨による除去位置
Ｍ１
Ｍ１表面露出
（メカニカル＆ウェット）
・上層配線の影響がない
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３．４ 平面研磨装置の説明
・ＰＭ５（ロジテック社）
・研磨治具精度：平行度 ０．１μｍ以下
・研磨剤：ダイヤモンド、アルミナ、コロイダルシリカ等
・プレート回転数：５∼７０ｒｐｍ
・ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ and Mechanical Polishing）も使用可能
研磨試料
試料固定プレート
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研磨治具
回転研磨プレート
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操作パネル
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３．５ メカニカルエッチング法による解析例１（界層解析）
断面観察像
3次元像
研磨による除去位置
ケミカルエッチング
研磨による除去位置
ケミカルエッチング
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３．６ メカニカルエッチング法による解析例２（回路解析への応用１）
M1表面露出
観察面
研磨による除去位置
ケミカルエッチング無し
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３．７ メカニカルエッチング法による解析例３（回路解析への応用２）
コンタクトプラグ表面露出
観察面
研磨による除去位置
ケミカルエッチング無し
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３．８ メカニカルエッチング法による解析例４（回路解析への応用３）
ゲート表面露出
観察面
研磨による除去位置
ケミカルエッチング無し
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３．９ メカニカルエッチング法による解析例５（回路解析への応用４）
Si表面露出
観察面
研磨による除去位置
ケミカルエッチング無し
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３．１０ メカニカルエッチング法による解析例６（回路解析への応用５）
Si表面
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３．１１ メカニカルエッチング法による解析例７（回路解析への応用６）
Si＋ゲート
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３．１２ メカニカルエッチング法による解析例８（回路解析への応用７）
Si＋ゲート＋コンタクト
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３．１３ メカニカルエッチング法による解析例９（回路解析への応用８）
Si＋ゲート＋コンタクト＋M１
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３．１３ メカニカルエッチング法による解析例のまとめ
メカニカルエッチング+ドライ＆ウェットエッチング併用法により
配線材料に依存せず微細、多層構造デバイスの界層解析が
対応可能となった
対象とする界層面の観察が高精度で可能
飛躍的な向上
不具合要因検出率の飛躍的な向上
大規模な回路解析への可能性
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４．まとめ
・Ｘ線ＣＴ観察法の導入により、取得データが３次元化し、
複雑化したデバイス構造の非破壊検査が可能となった
・メカニカルエッチング法の導入により、
プロセス構造に左右されず界層解析が可能となった
・回路解析への可能性
・複雑化するデバイスへの対応が可能
・不具合要因検出率の飛躍的な向上
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５．今後の課題
Ｘ線検査の課題
・さらに詳細なＸ線検査の要求
→マイクロフォーカスX線装置
（０７年度８月導入）
・焦点寸法 １μｍ以下
・擬似３次元データ
・加熱装置
メカニカルエッチング法の課題
・メカニカルエッチング時の偏磨耗の低減
・加工時間の短縮化
→さらに界層解析手法を改良・開発中
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お問合せ先
信頼性技術事業部
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TEL：03-5920-2354
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ご連絡をお待ちしております
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