Verwendung der Laserscanning-Mikroskopie zur Bestimmung der Elektromigration in Molybdändisilizid

Zusammenfassung

Hier beschreiben wir einen Arbeitsablauf mit Hilfe der Laserscanning-Mikroskopie, um das Volumen zu bestimmen, das durch eine zu testende Metallleitung elektromigriert wird. Durch die Variation verschiedener experimenteller Variablen kann eine Vielzahl von Informationen über die Elektromigration gewonnen werden. In dieser Arbeit wird die Dauer des Beginns der Elektromigration bestimmt.

Zusammenfassung

Mit zunehmender Stromdichte und abnehmender Größe der Chips wird die Elektromigration immer wichtiger. Elektromigration ist die Bewegung von Atomen in einem elektrisch leitenden Material, die durch fließenden Strom verursacht wird. Für Aluminium und Kupfer wurden die Elektromigrationsparameter und ihre Abhängigkeiten von einer Vielzahl von Personen und Methoden untersucht. Bei anderen Materialien ist dies nicht der Fall. Elektromigrationsexperimente verwenden oft sehr lange Zeiten, um die zu testenden Linien in den Median-to-Failure-Experimenten zu belasten. Diese Experimente geben nur oberflächliche Informationen über die Elektromigration. Ausgefeiltere Methoden betrachten die mikroskopischen oder nanoskaligen Effekte und Einflüsse. In der Regel werden für diese Untersuchungen teure Geräte wie Rasterelektronenmikroskope (REM), Synchrotrons oder Röntgenmikrotomographie verwendet. Es wurde ein Workflow entwickelt, der es ermöglicht, die Elektromigration auf mikroskopischer Ebene mit Hilfe eines Laser-Scanning-Mikroskops zu untersuchen. Mit dieser Laserscanning-Technik ist es möglich, Ergebnisse mit etwas geringerer Genauigkeit als beim REM, aber mit viel weniger Aufwand bei der Vorbereitung der Proben zu erzielen.

Da das elektromigrierte Volumen bekannt ist, können die gleichen Verfahren wie bei den mittels REM ermittelten elektromigierten Volumina zur Berechnung der Elektromigrationsparameter verwendet werden. Durch die Variation verschiedener experimenteller Variablen kann eine Vielzahl von Informationen über die Elektromigration gewonnen werden. In dieser Arbeit wird die Bestimmung der Länge für den Beginn der Elektromigration gezeigt.

Einleitung

Elektromigration ist die Migration von Metallionen, die durch Strom verursacht wird. Bei der Elektromigration wirkt eine Kraft auf das Metallion.

Die Kraft, die auf ein Ion in einer zu prüfenden leitenden Leitung ohne Verkapselungsschicht wirkt, kann wie folgt berechnet werden:

 

Dabei ist Z* die effektive Ionenladung für das sich bewegende Ion, die Ladung eines Elektrons und das elektrische Feld¹. Für einen Metallleiter mit dem spezifischen spezifischen Widerstand ρ und der Stromdichte .

Z* hängt von der Ionenspezies und dem Material der zu testenden Leitung ab. Sein Wert gibt die Stärke der Elektromigration an, und sein Vorzeichen gibt die Richtung der Bewegung des betreffenden Ions an.

Diese Kraft bewirkt, dass sich die Atome bewegen und in der Metalllinie transportiert werden. Unter Verwendung der Beziehung zwischen der Ionengeschwindigkeit und der treibenden Kraft und der Nernst-Einstein-Beziehung für die Beweglichkeit der Ionen kann der atomare Fluss (Anzahl der Atome pro Zeiteinheit pro Flächeneinheit, die durch Elektromigration transportiert werden) wie folgt berechnet werden:

 

Dabei ist N die Dichte der Gitteratome, der Diffusionskoeffizient D, k die Boltzmann-Konstante und T die absolute Temperatur².

Das elektromigrierte Volumen^{kann wie folgt} beschrieben ^werden:

V = ΩJ_EMBei

Dabei ist A die Querschnittsfläche des Leiters, Ω das Atomvolumen und t die Zeit der Elektromigration.

Bei gekapselten Leitungen, die getestet werden, ist eine zusätzliche Komponente in Abhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung zu berücksichtigen:

 

Dabei ist σ_xx die Normalspannung entlang der Länge der Probe und x die Koordinate entlang der Länge der zu prüfenden Linie¹. Wie in anderen Publikationen gezeigt wurde, ergibt^{sich daraus 5}:

 

Die Elektromigration, die Spannungen erzeugt, ist ein bekanntes Phänomen in den zu testenden Festkörperleitungen.

Wenn = 0, dann ist der Stofftransport = 0 (und V = 0), das kritische Produkt aus Länge l und Stromdichte für den Beginn der Elektromigration kann mit den Materialparametern wie folgt in Beziehung gesetzt werden¹:

 

Dieses kritische Produkt ist von großer Bedeutung für die Konstruktion von elektrischen Bauteilen oder Schaltungen, da Leitungen mit kürzeren Längen als der kritischen Länge, auch Blechlänge genannt, unsterblich sind. Im untenstehenden Protokoll ist die Bestimmung von (Ij)_c dargestellt. Sind die anderen Parameter bekannt, kann Z* als wichtige Materialmenge berechnet werden.

Bisher veröffentlichte Methoden zur Messung des elektromigrierten Volumens verwenden REM, Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) oder Röntgenmikrotomographie (X)3,4,6,7,8,9.

Die Verwendung dieser Instrumente erfordert eine schonende Vorbereitung der Proben, wie z. B. das Aufbringen einer zusätzlichen dünnen Metallschicht auf Oberflächen mit hohem spezifischen Widerstand, um die Ansammlung von Ladungen auf der Oberfläche während der Elektronenstrahlabtastung zu reduzieren.

Die zusätzliche Schicht auf der Oberfläche kann Probleme verursachen, wie z.B. die Änderung des Elektromigrationsverhaltens durch Modifikation der mechanischen Spannung an der Grenzfläche. Ladungsakkumulation hingegen kann während eines Scans zu einer virtuellen Drift der Probe führen, wodurch die Daten unbrauchbar werden.

Auch der Betrieb von REM und TEM ist zeit- und kostenintensiver als der Einsatz eines Laser-Scanning-Mikroskops. Der Einsatz des Laser-Scanning-Mikroskops ermöglicht die Untersuchung der Prüflinien bei höheren Temperaturen. Für REM gibt es auch einige Heizstufen, die nicht für alle REM ohne weiteres verfügbar sind, teuer sind und oft nach Maß gefertigt werden.

Bei einem Laser-Scanning-Mikroskop kann die Messunsicherheit der Volumina im gleichen Bereich wie bei REM liegen, vorausgesetzt, es wird eine entsprechende Ausrüstung verwendet und die Messbedingungen penibel geprüft.

Während des Scans der Oberfläche werden für jeden Punkt mehrere Werte gemessen, was zu einer hohen Auflösung führt. Aufgrund des Scanning-Prinzips des Laser-Scanning-Mikroskops ist die Grenze des Verfahrens nicht gleich der Beugungsgrenze. Dies ermöglicht die Messung von Strukturen mit einer lateralen Größe von ca. 120 nm.

Im Vergleich zu REM-Messungen kann die Höhe von Strukturen einfacher und präziser mit viel weniger Aufwand gemessen werden. Bei der Bestimmung der Höhe mit einem REM kann die Höhe mehrerer Schnittpunkte gemessen werden, nachdem diese mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) präpariert wurden. Das FIB kann in der Umgebung Abrieb verursachen. Aufgrund dieser Präparate kann es vorkommen, dass das Volumen eines Hohlraums oder Hügels durch die REM-Messungen nicht ausreichend dargestellt wird, was dazu führt, dass Volumenmessungen beider Verfahren eine ähnliche Genauigkeit aufweisen.

Durch den Betrieb unter Umgebungsluftbedingungen ist es möglich, schneller, kostengünstiger und vielseitiger zu arbeiten als der Einsatz von REM oder einem TEM.

Die hier beschriebene Methode kann angewendet werden, wenn die Oxidation des Materials während der Messung vermieden werden kann. Bei erhöhten Temperaturen kann es aufgrund der Selbsterhitzung der zu prüfenden Leitungen zu einer Oxidation kommen. Andernfalls wird empfohlen, bei Verwendung eines REM oder Scannen der zu prüfenden Linie zuerst die Geometrie des interessierenden Bereichs, dann das Anlegen von Elektromigrationsspannung in einer evakuierten Kammer und schließlich das zweite Scannen der Geometrie des zu prüfenden Bereichs zu verwenden.

Wenn die Probe zum Belasten in einer anderen Umgebung bewegt wird, muss darauf geachtet werden, dass die Probe vor und nach der Belastung in die gleiche Richtung ausgerichtet wird. Durch das Ausrichten ist es nicht mehr erforderlich, die gescannten Bilder für das Drehen zu korrigieren. Dies führt in der Regel zu genaueren Ergebnissen als die Korrektur des Abbiegens durch Software.

Bei dieser Methode werden präparierte Proben verwendet und es werden die ersten Laserscans durchgeführt, die Proben unter vorgegebenen Bedingungen gestresst und zweite Laserscans derselben Regionen durchgeführt. Aus diesen Scans werden die elektromigrierten Volumina mehrerer Proben durch Subtraktion der beiden Laserscans bestimmt. Anhand der Volumendaten mehrerer Proben wird das Abfangen der Best-Fit-Linie für unterschiedliche Längen bestimmt. Dieser Schnittpunkt ist die Blechlänge unter den im Experiment verwendeten Bedingungen. Die Methode hat Vorteile bei der Untersuchung eines elektrisch leitfähigen Materials mit einem hohen spezifischen Widerstand oder eines Materials, das durch die für die anderen Methoden erforderliche Probenvorbereitung negativ beeinflusst wird.

Die Geometrien der zu prüfenden Leitungen für Elektromigrationsprüfungen variieren je nach verwendeter Messtechnik stark. Der Einsatz eines Laser-Scanning-Mikroskops ist nicht auf einzelne Prüflinge mit Breiten von mehreren μm¹⁰ beschränkt, sondern kann für alle Strukturen eingesetzt werden, in denen Volumenänderungen durch Elektromigration untersucht werden, wie z.B. Blech-Strukturen.

Protokoll

1. Auswahl des Materials und Herstellung von Linien im Test des interessierenden Materials

1. Wählen Sie die zu testenden Linien des zu prüfenden Materials aus und montieren Sie diese, um mit dem Laser-Scanning-Mikroskop Zugang zum interessierenden Bereich der zu testenden Linie zu erhalten.
   HINWEIS: Die zu testenden Linien können Geometrien aufweisen, die in hochmodernen Halbleitern verwendet werden, oder sie können größer sein und nur zur Bewertung von Elektromigrationsphänomenen verwendet werden. Liniengeometrien können sein, sind aber nicht beschränkt auf Breiten von 20-50 μm, Dicken von 10 nm bis 200 nm und Längen von 40 μm bis 800 μm. Der interessierende Bereich hängt von den verwendeten Materialien und von der Geometrie der Versuchsstruktur ab, die durch Abtasten der gesamten Versuchsstruktur während der ersten Versuche unter starken Belastungsbedingungen bestimmt werden muss. Alle Teile der Teststruktur, die Änderungen des Volumens aufweisen, können als Bereich of Interest verwendet werden.
2. Es sind gekapselte oder nicht gekapselte Leitungen aus dem gleichen Material mit gleichem Querschnitt (gleiche Höhe und Breite) und unterschiedlichen Längen zu verwenden. Belasten Sie sie unter den gleichen Bedingungen (Stromdichte, Temperatur, Atmosphäre, Zeit), um die kritische Länge für den Beginn der Elektromigration zu bestimmen.
3. Alternativ können Sie Prüflinge mit der gleichen Länge verwenden und die Stromdichte in einem kleinen Bereich variieren, während Sie mit der gleichen Temperatur in der gleichen Atmosphäre belasten.

2. Bestimmung des elektromigrierten Volumens

1. Bestimmen Sie das elektromigrierte Volumen für unterschiedliche Längen (mehrere Datenpunkte) oder unterschiedliche Stromdichten gemäß den späteren Schritten des Protokolls, die detailliert beschreiben, wie ein einzelner Datenpunkt erhalten wird.
   HINWEIS: Mit der in dieser Veröffentlichung enthaltenen Methode wird jede Stichprobe verwendet, um einen Datenpunkt zu erhalten.
2. Holen Sie sich einen Datenpunkt
   1. Verwenden Sie ein Laser-Scanning-Mikroskop mit der höchsten verfügbaren Auflösung.
      HINWEIS: Nicht alle Laser-Scanning-Mikroskope erreichen die Auflösung, die für die in diesem Protokoll enthaltene Methode erforderlich ist.
   2. Schalten Sie das Laser-Scanning-Mikroskop ein und öffnen Sie die Mess- und Analysesoftware. Wenn die Messsoftware fragt, ob Sie zum Ursprung des XY-Tisches zurückkehren möchten, klicken Sie auf Nein.
   3. Besorgen Sie sich die Proben und einen geeigneten Probenhalter, um die Probe auf dem Tisch des Laser-Scanning-Mikroskops fixieren zu können, damit sich die Probe während des Scanvorgangs nicht bewegt.
   4. Holen Sie sich eine genaue Stromquelle und Drähte für den elektrischen Anschluss. Stellen Sie sicher, dass die Stromquelle und die Kabel ordnungsgemäß funktionieren.
   5. Ändern Sie die Höhe des Tisches des Laser-Scanning-Mikroskops und legen Sie die Probe in den Probenhalter unter dem Laser-Scanning-Mikroskop. Richten Sie die Probe parallel zum Tisch des Mikroskops aus. Fixieren Sie die Probe so, dass sie sich während der Messung nicht bewegt.
      HINWEIS: Es ist möglich, das Experiment an dieser Stelle zu pausieren. Manchmal ändert sich das Verhalten von Proben je nach Lagerbedingungen, z. B. aufgrund von Oxidation. Pausen sind optional und sollten vermieden werden, wenn zu erwarten ist, dass sich die Proben unter den Bedingungen, unter denen sie für diese Messungen herrschen, stark ändern.
   6. Verbinden Sie die Steckdose der Stromquelle je nach Konfiguration mit der Probe oder dem Probenhalter. Prüfen Sie, ob die Bonddrähte noch an der Probe befestigt sind, entweder durch kurzzeitige Verwendung eines geringen Stroms oder durch optische Prüfung.
      HINWEIS: Es ist möglich, das Experiment an dieser Stelle zu pausieren.
   7. Passen Sie den Höhenunterschied zwischen der Objektivlinse des Laserscanning-Mikroskops und der Probe an, um die Probe scharf zu stellen. Bringen Sie den interessierenden Bereich mit der geringsten Vergrößerung in den Fokus der Objektivlinse. Entweder manuell oder im Beobachten-Fenster der Messsoftware durch Klicken auf Autofokus.
      HINWEIS: Verschieben Sie bei Bedarf die XY-Position der Tabelle, um den interessierenden Bereich sehen zu können. An dieser Stelle ist es möglich, das Experiment zu pausieren.
   8. Stellen Sie das Objektiv auf die nächsthöhere Vergrößerung um und fokussieren Sie auf den interessierenden Bereich. Entweder manuell oder im Beobachten-Fenster der Software, indem Sie auf Autofokus klicken.
      HINWEIS: Es ist möglich, das Experiment an dieser Stelle zu pausieren.
   9. Wiederholen Sie den Wechsel der Objektivlinse und der Fokussierung, bis der fokussierte Interessenbereich sichtbar ist, indem Sie die Objektivlinse mit der höchsten Vergrößerung verwenden, z. B. 150x im Beobachtungsfenster .
      HINWEIS: Wenn der interessierende Bereich größer ist als der Bereich, der mit den genauesten Einstellungen des Laser-Scanning-Mikroskops gescannt werden kann, verwenden Sie Stitching. Das Protokoll enthält keine Erklärungen, wie beim Nähen vorzugehen ist. An dieser Stelle ist es möglich, das Experiment zu pausieren.
   10. Stellen Sie sicher , dass Tools > Messen > durchschnittliche Anzahl auf 4 festgelegt ist. Klicken Sie auf Optionen > Automatisches Speichern, wählen Sie einen Speicherzielordner, ein Dateinamenpräfix und ein Dateinamenbeispiel aus, und klicken Sie auf OK.
   11. Wechseln Sie zum Fenster Messen . Wählen Sie Expertenmodus aus. Verwenden Sie die Messeinstellungen > Oberflächenprofil > Superfein (2048 x 1536) > Hohe Genauigkeit.
       HINWEIS: Die Namen der Einstellungen, um die höchste Genauigkeit zu erzielen, können unterschiedlich sein, wenn ein anderes Laser-Scanning-Mikroskop verwendet wird.
   12. Vergrößern Sie den Abstand zwischen der Objektivlinse und der Probe, indem Sie auf die Pfeile nach oben klicken, bis das gesamte Fenster anzeigt, dass die Oberfläche schwarz ist. Klicken Sie auf Obere Position festlegen. Verringern Sie den Abstand zwischen der Objektivlinse und der Probe, indem Sie mit den Pfeilen nach unten klicken, bis die gesamte Oberfläche sichtbar ist, und fahren Sie mit den Pfeilen nach unten fort, bis das gesamte Fenster mit der Oberfläche schwarz ist. Klicken Sie auf Untere Position festlegen.
   13. Klicken Sie auf Automatische Verstärkung und Messung starten , um mit dem Scannen der Oberfläche des interessierenden Bereichs zu beginnen.
       HINWEIS: Im ersten Experiment mit einem Material und Aufbau ist es notwendig, nicht nur den interessierenden Bereich, sondern die gesamte Oberfläche der zu testenden Leitung von einem elektrischen Kontakt (z. B. Bonddraht) zum anderen Kontakt (Bonddraht) der Probe bis zum ersten Teil abzutasten, der nur für die Verbindung der Probe mit der Umgebung verwendet wird, um genau bestimmen zu können, woher die Atome, aus denen das neue Volumen besteht, stammen Sie können aus einem anderen Teil der Probe stammen und verschiedene Effekte wie Thermomigration, die das Auftreten des Volumens verursacht, ausschließen. An dieser Stelle ist es möglich, das Experiment zu pausieren.
   14. Defokussieren Sie das Laser-Scanning-Mikroskop, indem Sie den Abstand zwischen Objektiv und Probe um mehrere mm auf bis zu 1 cm vergrößern, indem Sie vor dem Belasten der Probe mehrmals auf die Pfeile nach oben klicken.
       HINWEIS: Dies dient dazu, eine Beschädigung der Objektivlinse zu vermeiden. Abhängig vom Material der zu prüfenden Leitung und den Belastungsbedingungen erwärmt sich die zu prüfende Leitung. In einigen Fällen erreicht die Temperatur mehrere hundert Grad Celsius. Der Abstand zwischen der Objektivlinse und der Probe ist beim Laserscanning typischerweise kürzer als 2 mm. Die Objektivlinse würde sich während der Versuche stark erwärmen, wenn der Abstand während der Belastung nicht vergrößert wird. Das Erhitzen der Objektivlinse führt zu mechanischen Belastungen in der Linse, die zu einer Verformung der Linse oder anderen Schäden an der Linse führen können.
   15. Belasten Sie die Probe mit den vorgegebenen Bedingungen (Stromdichte, Zeit). Stoppen Sie den Stromfluss nach der vorgegebenen Zeit.
       HINWEIS: Zu den Bedingungen gehören die Stromdichte, die Spannungszeit, die Temperatur und die Länge der zu prüfenden Leitung. Die Belastungsbedingungen hängen vom zu untersuchenden Material ab. An dieser Stelle ist es möglich, das Experiment zu pausieren.
   16. Warten Sie 3-5 min nach der aktuellen Belastung. Fokussieren Sie das Laser-Scanning-Mikroskop auf den interessierenden Bereich, nachdem die Probe auf Raumtemperatur (RT) abgekühlt ist.
       HINWEIS: Es ist möglich, das Experiment an dieser Stelle zu pausieren.
   17. Fokussieren Sie erneut, bis die Probe stoppt, um von selbst unscharf zu werden, um sicherzustellen, dass es aufgrund der Temperaturänderungen zu keinen Drifts in der gemessenen Oberfläche kommt.
       HINWEIS: Es ist möglich, das Experiment an dieser Stelle zu pausieren.
   18. Scannen Sie den gleichen Bereich, der vor der aktuellen Belastung gescannt wurde, mit den gleichen Einstellungen gemäß den Schritten 2.2.10-2.2.13.
       HINWEIS: Es ist möglich, das Experiment an dieser Stelle zu pausieren.
   19. Verwenden Sie die Analysesoftware und korrigieren Sie die beiden Bilder des interessierenden Bereichs.
       1. Öffnen Sie die Datei in der Analysesoftware, wenn sie nicht geöffnet wird, indem Sie auf Datei > Öffnen klicken und nach der richtigen Datei suchen.
       2. Korrigieren Sie die Neigung der Proben, indem Sie auf Bild verarbeiten> Neigung korrigieren klicken, um ein Fenster zur Korrektur der Neigung zu öffnen. Verwenden Sie das Anzeigebild Laser+Optisch und die Korrekturmethode Ebenenneigung (3 Punkte), um drei Punkte im angezeigten Bild erscheinen zu lassen.
       3. Verschieben Sie die Linien so, dass sich die meisten dieser Linien im Hintergrund befinden. Verschieben Sie die drei Punkte in die Nähe des Interessenbereichs. Verschieben Sie diese Punkte so, dass sie die Ebene, die durch zwei gerade Linien in den Querschnitten dargestellt wird, an den Hintergrund anpasst.
          HINWEIS: Wenn der Hintergrund nicht ordnungsgemäß durch eine Ebene dargestellt wird, passen Sie die Ebene an den unteren Rändern des interessierenden Bereichs an.
       4. Wählen Sie Versatzhöhe 0 Daten nicht anpassen und Höhenbereich automatisch anpassen und klicken Sie auf Ausführen und schließen.
       5. Entfernen Sie Höhen, die durch den Overdrive des Laserscanning-Mikroskops verursacht wurden, indem Sie auf Bild verarbeiten > Höhenschnittebene klicken, um das Fenster für den Höhenschnitt zu öffnen. Legen Sie den Schnittpegel auf Normal fest, verwenden Sie die Daten Immer Höhe 0 ergänzen und klicken Sie auf OK.
          HINWEIS: Es ist möglich, das Experiment an dieser Stelle zu pausieren.
       6. Schneiden Sie das Bild zu, wenn es größer als der interessierende Bereich und zu groß ist, um mit der für die Auswertung vorgesehenen Software ausgewertet zu werden. Schneiden Sie das Bild so zu, dass sich der interessierende Bereich in der Mitte befindet, z. B. 500 Pixel x 500 Pixel.
       7. Trimmen Sie, indem Sie auf Bild verarbeiten > Trimmen klicken, um das Trimmfenster zu öffnen. Wählen Sie die Breite und Höhe entsprechend dem Interessenbereich aus, und verschieben Sie das Rechteck zur Auswahl, um den Interessenbereich einzuschließen.
          HINWEIS: Ideal wäre, die Bilder überhaupt nicht korrigieren zu müssen, indem man die Proben perfekt ausrichtet, so dass sie keine Neigung zum Probentisch aufweisen und nur einen Teil der Probe scannen, der etwas größer als der interessierende Bereich ist. Diese ideale Art der Messung ist mit den verfügbaren Geräten möglicherweise nicht möglich.
   20. Speichern Sie das korrigierte zugeschnittene Bild. Öffnen Sie das korrigierte und zugeschnittene Bild mit der Analysesoftware, indem Sie auf Datei > Öffnen klicken und die richtige Datei auswählen.
       1. Um die Daten so zu exportieren, dass die 3D-Informationen über den interessierenden Bereich erhalten bleiben, z. B. als ASC-Datei, führen Sie die folgenden Schritte aus. Klicken Sie auf Datei > 3D-CAD-Daten ausgeben , um das Fenster zur Auswahl der Ausgabeparameter zu öffnen.
       2. Verwenden Sie Sprungbetrag 1 (kein Überspringen) > Genauigkeit der tatsächlichen Zahlenanzeige: 10 > XY-Zoomverhältnis x1 und Höhe verbessern (%) 100 , und wählen Sie Oberfläche aus, oder verwenden Sie die Optionen mit der höchsten verfügbaren Genauigkeit. Klicken Sie auf Festlegen. Verwenden Sie Punktgruppendaten , um die eindeutig beschrifteten Daten zu speichern. Nach Abschluss des Exports der Daten zeigt das Programm ein Fenster an.
       3. Verwenden Sie eindeutige Namen, um die Daten der Messung vor und nach der aktuellen Belastung für jeden interessierenden Bereich abzugleichen.
          HINWEIS: Es ist möglich, das Experiment an dieser Stelle zu pausieren.
   21. Übertragen Sie die Daten an die Auswertesoftware.
       HINWEIS: Einige Laser-Scanning-Mikroskope verfügen über eine Software mit integrierten Funktionen zum Messen von Volumina. Wenn dies der Fall ist, ist es eine Option, die integrierte Software anstelle der in diesem Protokoll beschriebenen Software zu verwenden.
   22. Verwenden Sie eine Version der in der Materialtabelle genannten Evaluierungssoftware und der in der Materialtabelle genannten Pakete und öffnen Sie das Programm (Supplementary Coding File 1: Laserscan_1.vi).
       HINWEIS: Möglicherweise kann auch andere Software verwendet werden, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen.
   23. Klicken Sie auf den Pfeil , um das Programm auszuführen. Öffnen Sie den Speicherpfad der zur Verwendung vorgesehenen ASC-Dateien, indem Sie auf Öffnen klicken. Laden Sie die asc-Dateien in das Programm, indem Sie den Namen des Beispiels in der Auswahlliste auswählen. Stellen Sie sicher, dass der Bereich ausgewählt ist, und klicken Sie auf Kreuz und Fläche.
       HINWEIS: Wenn die Elektromigration über einen längeren Zeitraum auftritt oder der Elektromigrationseffekt in der Probe unter den gewählten Bedingungen stark ist, kann das Programm die Muster der Bilder möglicherweise nicht abgleichen. In diesem Fall wiederholen Sie eine ähnliche Messung mit einer neuen Probe bei niedrigeren Stromdichten, kürzeren Prüfzeiten oder niedrigerer Temperatur und passen Sie zukünftige Experimente entsprechend an.
   24. Passen Sie den Musterabgleich manuell an, wenn das Programm die Muster nicht perfekt abgleicht.
   25. Um die Skala für die Höhe hinzuzufügen, wählen Sie mit der Maus ein Rechteck aus, das zur Substratoberfläche gehört. Schauen Sie sich die beiden Histogramme der Höhen des Rechtecks im Bild vor und nach der aktuellen Spannung neben dem Bild des interessierenden Bereichs an. Lassen Sie die Form dieser beiden Histogramme normalverteilt und so ähnlich wie möglich aussehen.
       HINWEIS: Wenn die Histogramme sehr unterschiedlich aussehen, wiederholen Sie das gewählte Rechteck und variieren Sie das Rechteck geringfügig, bis es mit der Form des Histogramms übereinstimmt.
   26. Klicken Sie auf die Nullschaltfläche mit der Bezeichnung "Hintergrund", um diese Höhe als Hintergrund zu speichern.
   27. Wählen Sie ein anderes Rechteck auf einem flachen Teil über der zu testenden Linie.
       HINWEIS: Wenn sich der mit diesem Rechteck ausgewählte Bereich während des Experiments geändert hat, wiederholen Sie den Rechteck, bis ein Bereich ohne Änderungen ausgewählt wurde. Wenn der Bereich zu klein wird, z.B. nur wenige Pixel, ist die Bestimmung der Höhe nicht genau. Wenn es nur einen wirklich kleinen Bereich gibt, der sich nicht geändert hat, verwenden Sie ein Bild mit mehr Pixeln, um einen Bereich ohne Änderungen zu erhalten, der sich am Anfang der zu testenden Zeile befindet.
   28. Sehen Sie sich die beiden Histogramme neben dem Bild der Oberfläche des interessierenden Bereichs an. Lassen Sie die Form dieser beiden Histogramme normalverteilt und so ähnlich wie möglich aussehen.
       HINWEIS: Wiederholen Sie die Erstellung von Rechtecken, die alle Kriterien erfüllen und auch ein gutes Ergebnis im Histogramm liefern.
   29. Speichern Sie diesen Wert, indem Sie auf zu testende Zeile und dann auf OK klicken.
       HINWEIS: Diese Daten werden vorerst nur temporär gespeichert.
   30. Stoppen Sie das Programm, indem Sie auf die rote Stopp-Schaltfläche klicken, und speichern Sie die Höhenparameter dauerhaft im Programm, indem Sie auf Bearbeiten > Aktuelle Werte als Standard festlegen und Datei > Speichern klicken.
       HINWEIS: Das Programm nimmt den Hintergrund als Höhe von Null und die Höhe der zu testenden Zeile als 1 an. Diese wird in späteren Schritten/am Ende mit der gemessenen Höhe der zu prüfenden Linie multipliziert.
   31. Klicken Sie auf den Pfeil, um das Programm auszuführen. Bewerten Sie einen einzelnen Hügel (oder Hohlraum) im interessierenden Bereich, indem Sie mit der linken Maustaste ein Rechteck nahe dem Rand des Hügels (oder Hohlraums) im IMG im Vergleich zur Frontplatte zeichnen.
   32. Kommen Sie so nah wie möglich an den Rand der Struktur. Verbessern Sie den ausgewählten Bereich mit der vergrößerten Version der Struktur und zoomen Sie in das Bild hinein, z. B. den Bereich mit der Bezeichnung Entspannungszuschnitt.
   33. Passen Sie den ausgewählten Hügelbereich (oder die Leere) an, bis der Inhalt mit dem Rand des Rechtecks mit dem Hügel (oder der Lücke) übereinstimmt.
   34. Klicken Sie auf die Schaltfläche Speichern neben dem IMG-Vergleich, um die Summe aller Pixel (Integral) des Volumens zu speichern.
       HINWEIS: Es ist möglich, das Experiment an dieser Stelle zu pausieren.
   35. Fahren Sie mit dem nächsten Hügel oder der nächsten Lücke im Bild fort. Führen Sie die Schritte 2.2.31 bis 2.2.34 für jeden Hügel (oder Hohlraum) aus, der im Bild vorhanden ist.
       HINWEIS: Es ist möglich, das Experiment zu pausieren, nachdem das Integral jedes Hügels (oder Voids) gespeichert wurde.
   36. Verwenden Sie die Volumendaten und berechnen Sie die Summe der Volumina der Hügel (oder Hohlräume), um das Volumen des elektromigrierten Materials in einem interessierenden Bereich unter diesen Bedingungen zu erhalten.
   37. Rechnen Sie das ermittelte summierte Volumen (Einheiten sind Pixel x Pixel x Höhe) in den Kubikmeter (m³) um, indem Sie es mit der einem Pixel in Meter entsprechenden Größe und dem Faktor für die Höhe der zu prüfenden Linie, einschließlich der Höhe der Verkapselungsschicht, multiplizieren.
       HINWEIS: In dieser Arbeit ist jedes Pixel 0,05 μm x 0,05 μm groß. Die Höhe der zu prüfenden Leitung, einschließlich der Höhe der Verkapselungsschicht für die Umrechnung im Kubikmeter, kann mit jeder geeigneten Messtechnik gemessen werden.
   38. Speichern Sie das Volumen und die Messbedingungen (Länge der zu prüfenden Leitung, Stromdichte, Temperatur, Zeitpunkt der Strombelastung) als einen Datenpunkt.
       HINWEIS: Es ist möglich, das Experiment an dieser Stelle zu pausieren.
3. Rufen Sie weitere Datenpunkte ab, indem Sie Schritt 2.2 befolgen. Für zu prüfende Leitungen, deren Längen sich von den zuvor verwendeten Längen unterscheiden, existieren bis mindestens drei Datenpunkte, deren elektromigiertes Volumen von Null abweicht. Alternativ können Sie weitere Datenpunkte erhalten, indem Sie Schritt 2.2 für Leitungen mit gleicher Länge befolgen und die Stromdichte leicht variieren.
4. Um die kritische Länge für das zu interessierende Material und die Messbedingungen zu erhalten, erstellen Sie ein Diagramm mit mindestens drei Datenpunkten - die sich weder auf der x-Achse noch auf der y-Achse befinden -, mit dem elektromigrierten Volumen auf der y-Achse und der Länge oder der Stromdichte, indem Sie den Parameter mit unterschiedlichen Werten auf der x-Achse verwenden.
5. Bestimmen Sie die Linie der besten Anpassung für die Daten, wobei die Linie der besten Anpassung weniger als zwei Schnittpunkte mit der X-Achse hat. Ermitteln Sie den Schnittpunkt der linearen Linie der besten Anpassung für Datenpunkte mit kleinen Volumina mit der X-Achse. Dieser Schnittpunkt ist entweder l oder j von (Ij)_c und (Ij)_c wird berechnet, indem der Wert des Abfangens mit der im Experiment verwendeten Stromdichte bzw. -länge multipliziert wird.
   HINWEIS: Abhängig von den Spannungsbedingungen, den Längen und dem untersuchten Material kann die Linie der besten Anpassung in der Nähe des Schnittpunkts linear oder exponentiell sein, wenn die Belastungsbedingungen wie die Stromdichte oder die Länge höher sind.

Ergebnisse

Abbildung 1 zeigt das Schema einer Teststrukturgeometrie, und Abbildung 2 zeigt das Schema des Arbeitsablaufs der Messungen, die erforderlich sind, um einen Datenpunkt zu erhalten. Um den Einfluss der Länge und des Vorhandenseins und des numerischen Wertes der Länge der zu prüfenden Leitung zu untersuchen, der für den Beginn der Elektromigration erforderlich ist, wurde das oben genannte Protokoll verwendet, um Daten für mehrere Prüflinge mit unterschiedlichen Längen (z. B. 120 μm, 540 μm und 680 μm) zu gewinnen, die aus Molybdändisilizid bestehen und von einer Schicht aus Hochtemperatur-Siliziumoxid verkapselt sind. Alle zu prüfenden Leitungen wurden auf die gleiche Weise hergestellt und für die gleiche Zeit von 7 min unter Umgebungsluftbedingungen bei Raumtemperatur (23 °C) mit einem konstanten Strom belastet, ohne dass sich die zu prüfende Leitung während der Belastung verengte, was zu einer konstanten Stromdichte von 2,26 × 10¹⁰ A/m², 3,25 × 10¹⁰ A/m² oder 3,44 × 10¹⁰ A/m² führte.

In den verwendeten Versuchsstrukturen (verkapselte MoSi_2-Leitungen ) zeigte sich lediglich der Kontaktbereich von MoSi₂ zu Aluminium Volumenveränderungen. Frühere Experimente zeigten keinerlei Vorsprünge durch die Verkapselung.

Die lateralen Größen aller mit dieser Methode untersuchten Hügel lagen über der Größe von 200 nm und damit deutlich über der lateralen Auflösung des Laser-Scanning-Mikroskops.

V = const.lwh

Die maximale Unsicherheit des gemessenen Volumens kann über das Kovarianzausbreitungsgesetz abgeschätzt werden.

Dabei steht l für die Länge, w für die Breite und h für die Höhe. Mit den Messunsicherheiten der einzelnen Dimensionen Δl = 50 nm, Δw = 50 nm und Δh = 12 nm. Die Unsicherheiten der Länge und der Breite werden als Abmessungen von einem Pixel angenommen. Die Unsicherheit der Höhe von Δh = 12 nm wurde mittels REM auf dem kleinsten mit dem Laser-Scanning-Mikroskop detektierbaren Hügel gemessen und entspricht der vom Hersteller angegebenen Unsicherheit.

Die Höhe der Hügel (wie in Abbildung 3 gezeigt) liegt in der Regel im Bereich von 190 nm. Die kleinsten richtig detektierbaren Hügel haben Höhen im Bereich von 34 nm. Die Längen und Breiten liegen bei den meisten Hügeln in der Regel im Bereich von 1 μm, wie in Abbildung 3 dargestellt.

Dies führt dazu, dass die Unsicherheit für einen einzelnen Hügel mit einer typischen Hügelgröße

= 16 %

und dass ein kleiner Hügel

= 45 %.

Mit der in diesem Protokoll gezeigten Methode wird das Volumen für mehrere Hügel summiert. Typische Werte für die Anzahl der in einer Stichprobe summierten Hügel liegen bei etwa 9, wie in Abbildung 3 gezeigt.

Dies führt dazu, dass die Unsicherheit wie folgt ist:

Wenn in der Stichprobe nur mittelgroße Hügel vorhanden sind

und

wenn alle in der Probe vorhandenen Hügel extrem klein sind.

In Wirklichkeit sind kleine und typischerweise große Hügel in den Proben vorhanden, und die Anzahl der Hügel variiert leicht zwischen den Proben, was dazu führt, dass die Unsicherheit zwischen 5 % und 15 % liegt, abhängig von der genauen Größe und Anzahl der Hügel.

Wie aus den repräsentativen Ergebnissen dieser Arbeit ersichtlich ist, steigt der Wert des elektromigrierten Volumens mit zunehmender Länge der zu prüfenden Leitung. Das elektromigrierte Volumen erhöht sich auch, wenn stärkere Beanspruchungsbedingungen, z.B. höhere Werte der Stromdichte, verwendet werden.

Wenn alle Volumendaten unabhängig von der Länge der zu prüfenden Leitung Null sind, sind stärkere Belastungsbedingungen (z. B. höhere Temperaturen, längere Belastungszeit, höhere Stromdichten oder eine Kombination davon) erforderlich, um die Elektromigration zu beginnen. In weiteren Versuchen sollen stärkere Belastungsbedingungen verwendet werden.

Abbildung 3 zeigt einen interessierenden Bereich vor der aktuellen Spannung auf der linken Seite und nach der aktuellen Spannung in der Mitte. Die rechte Seite von Abbildung 3 zeigt die Hügel nach der aktuellen Belastung. Abbildung 3 zeigt, dass sich neue Hügel gebildet haben und das Wachstum von Vorsprüngen bereits vor der aktuellen Belastung vorhanden war.

Abbildung 4 zeigt die erfolgreichen Ergebnisse der Zunahme des elektromigrierten Volumens mit zunehmender Länge, einschließlich einer exponentiellen Linie der besten Anpassung, einschließlich aller Datenpunkte. Abbildung 4 zeigt auch die Ergebnisse für kürzere Längen, die verwendet werden, um den Schnittpunkt der linearen Linie mit der besten Anpassung an die x-Achse zu bestimmen.

Abbildung 5 zeigt erfolgreiche Daten des elektromigrierten Volumens, das mit zunehmender Stromdichte zunahm, wobei die Länge konstant bei 120 μm gehalten wurde und die Stromdichte in dem Bereich variierte, in dem der Beginn der Elektromigration in früheren Experimenten beobachtet wurde. Abbildung 5 zeigt auch den Einfluss des verkapselnden Hochtemperatur-Siliziumoxids. Aus zwei unterschiedlichen Dicken von Hochtemperatur-Siliziumoxid (gefüllte Kreise: 60 nm, ungefüllte Kreise: 20 nm) ergeben sich zwei unterschiedliche Werte für den Beginn der Elektromigration in Bezug auf die Stromdichte. Dies wird durch die mechanische Beanspruchung der Verkapselungsschichten verursacht.

Abbildung 6 zeigt Daten, die für eine erste Schätzung der Elektromigrationsparameter im Material verwendet werden könnten. Um bessere Ergebnisse zu erzielen, sollten mehr Daten mit Längen im Bereich von 150 μm bis 500 μm erfasst werden.

Abbildung 7 zeigt suboptimale Daten, die die Prüfung von Prüflingen mit Längen zwischen 120 μm und 260 μm erfordern würden, da es Längen über 120 μm geben könnte, die auch ein elektromigriertes Volumen von 0 haben. Wenn es zu einer Abnahme des Volumens mit zunehmender Länge der Teststruktur kommt, sind einige der Daten falsch. Höchstwahrscheinlich aufgrund von Fehlern bei der Bewertung des Volumens, wie z.B. Fehler bei der Bestimmung der Höhenskala oder Fehler bei der Suche nach dem Rand der Hügel. Ist dies der Fall, kann ein erneuter Blick auf die Bewertung des jeweiligen Bildes und eine erneute Bewertung genutzt werden, um dem Sachverhalt auf den Grund zu gehen.

Falsche Daten können auch daran liegen, dass die Teststruktur für den zweiten Scan nicht auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Das erneute Scannen desselben Bereichs und die Verwendung des neuen Scans für die Auswertung ist die einzige Möglichkeit, das Problem zu beheben. Wenn dieses Problem nach einer erneuten Auswertung und Wiederholung des Scans weiterhin besteht, wird es wahrscheinlich nicht durch einen Fehler bei der Auswertung verursacht, sondern kann eine echte Auswirkung des verwendeten Materials sein.

Bei Längen, die etwas über der kritischen Länge liegen, kann die Linie der besten Anpassung durch eine gerade Linie angenähert werden. Wenn die Länge der zu testenden Linien länger wird, wird die exponentielle Natur der Linie der besten Anpassung sichtbar.

Der Abfangpunkt mit der x-Achse wurde für die Spannung mit einer Stromdichte von 3,25 ×^{10 10} A/m² auf 33,33 μm bestimmt, was zu (Ij)_c = 1,08 × 10⁶ A/m ergibt.

Aus den Daten in Abbildung 5 wurde der Abfangvorgang auf 3,49 ×^{10 10} A/^{m 2} und 3,6 × 10¹⁰ A/^{m 2} bestimmt. Bei einer Länge der zu prüfenden Leitung von 120 μm ergeben sich Werte von 4,19 × 10⁶ A/m und 4,2 × 10¹⁰ A/m.

Die Diskrepanz des gemessenen kritischen Produkts entsteht durch eine erhöhte Eigenerwärmung der zu prüfenden Leitungen mit zunehmender Stromdichte. Die Temperatur der zu prüfenden Leitungen steigt typischerweise mit zunehmender Stromdichte an. Die Temperaturen von Prüflingen mit einer Länge von 120 μm, die 7 min lang belastet wurden, wurden durch Messung des elektrischen Widerstands für Stromdichten von 2,65 ×^{10 10} A/m², 3,24 × 10¹⁰ A/m², 3,53 × 10¹⁰ A/m² und 3,85 × 10¹⁰ A/m² auf 158 °C bestimmt, 202 °C, 257 °C bzw. 320 °C. Eine Abhängigkeit des kritischen Produkts von der Temperatur und anderen Faktoren wurde vor¹¹ gezeigt.

Abbildung 1: Schematische Darstellung einer Prüfstrukturgeometrie, die für die Untersuchung von Elektromigrationsparametern mittels Laser-Scanning-Mikroskop geeignet ist. Die goldene Box ist der Prüfling (in dieser Arbeit aus MoSi₂), die silbernen Boxen sind die elektrischen Netzteile (in dieser Arbeit aus Aluminium) und die Kontaktpads sind als Stapel der Silberboxen im Bereich der Bonddrähte (dunkelgrau) dargestellt. Die Stapel deuten darauf hin, dass die Kontaktpads eine höhere Schichtdicke aufweisen als die elektrischen Versorgungen. Die kleinen silbernen Kästchen auf beiden Seiten der zu prüfenden Leitung sind die elektrischen Kontaktbereiche der elektrischen Versorgung und der zu prüfenden Leitung. Der dunkle Rand soll symbolisieren, dass dieser Bereich eine niedrigere Erhebung hat, da die Einkapselungsschicht an dieser Stelle geöffnet wird, um den elektrischen Kontakt zu ermöglichen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Schematische Darstellung des Ablaufs der Messungen, die erforderlich sind, um einen Datenpunkt zu erhalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Vergleich der interessierenden Region vor und nach der aktuellen Belastung. Vergleich des interessierenden Bereichs (in dieser Arbeit der elektrische Kontakt von Aluminium mit der zu prüfenden Leitung) vor der Strombeanspruchung (linke Seite) und nach der Strombeanspruchung (Mitte) mit den durch Elektromigration verursachten Hügeln auf der rechten Seite. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Erfolgreiche Ergebnisse des elektromigrierten Volumens von Kontaktbereichen der Kathodenseite in Abhängigkeit von der Länge der zu testenden Leitung für MoSi_2-Leitungen . Repräsentative Daten (erfolgreiche Ergebnisse) des elektromigrierten Volumens von Kontaktbereichen der Kathodenseite in Abhängigkeit von der Länge der zu testenden Leitung für MoSi_2-Leitungen , die mit 60 nm Hochtemperatur-Siliziumoxid verkapselt sind, Belastung unter Umgebungsluftbedingungen für 7 min mit einer Stromdichte von 3,25 × 10¹⁰ A/m². Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 5: Erfolgreiche Ergebnisse des elektromigrierten Volumens von Kontaktbereichen der Kathodenseite in Abhängigkeit von der Stromdichte für verkapselte Prüflinge aus MoSi₂. Repräsentative Daten (erfolgreiche Ergebnisse) des elektromigrierten Volumens von Kontaktbereichen der Kathodenseite in Abhängigkeit von der Stromdichte für gekapselte Prüflinge aus MoSi₂ bei Belastung bei Umgebungsluftbedingungen für 7 min. Gefüllte Kreise zeigen die Daten von MoSi_2-Leitungen , die mit 60 nm Hochtemperatur-Siliziumoxid verkapselt sind. Ungefüllte Kreise zeigen die Daten von MoSi_2-Leitungen , die mit 20 nm Hochtemperatur-Siliziumoxid verkapselt sind. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 6: Valide Daten. Repräsentative Daten (die Daten sind in Ordnung) des elektromigrierten Volumens der Kontaktbereiche der Kathodenseite in Abhängigkeit von der Länge der zu prüfenden Leitung für MoSi_2-Leitungen , die mit 60 nm Hochtemperatur-Siliziumoxid verkapselt sind, Belastung unter Umgebungsluftbedingungen für 7 min mit einer Stromdichte von 2,56 × 10¹⁰ A/m². Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 7: Suboptimale Daten. Repräsentative Daten (suboptimale Daten) des elektromigrierten Volumens der Kontaktbereiche der Kathodenseite in Abhängigkeit von der Länge der zu testenden Leitung für MoSi_2-Leitungen , die mit 20 nm Hochtemperatur-Siliziumoxid verkapselt sind und 7 Minuten lang unter Umgebungsluftbedingungen mit einer Stromdichte von 3,44 × 10¹⁰ A/m² belastet wurden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Ergänzende Codierungsdatei 1: Laserscan_1.vi. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Diskussion

Das hier skizzierte Protokoll kann verwendet werden, um robust und reproduzierbar Daten über das elektrisch migrierte Volumen von elektrisch leitfähigen Materialien zu erhalten. Die zur Verfügung stehenden Materialien und Geräte müssen bestimmte Kriterien erfüllen, wie oben in den Schritten des Protokolls oder in "ANMERKUNGEN" erwähnt, um diese Methode zur Bewertung der Elektromigration verwenden zu können.

Kritischer Teil des Protokolls ist die Sicherstellung, dass die Probe nach der Strombelastung für die Messung auf Raumtemperatur abgekühlt ist. Wenn Sie nicht auf Raumtemperatur abkühlen, führt dies aufgrund der Temperaturänderung während des Scans zu Fehlern beim Oberflächenscan und führt zu einer fehlerhaften Bestimmung der Oberfläche und damit zu einer fehlerhaften Bestimmung des Volumens.

Ein weiterer wichtiger Teil ist die Wahl des geeigneten Hintergrunds und der Höhe der zu testenden Leitung für die Bestimmung des Höhenfaktors im Auswertungsprogramm. Wenn dies falsch gemacht wird, ist das Volume falsch. Andere kritische Teile sind die Messung von mindestens drei Proben, die Werte für das Volumen liefern, die von Null abweichen.

Wenn die Daten für den Scan nach aktueller Belastung nicht gut aussehen und vor der Auswertung nicht bemerkt wurden, ist es möglich, mit den gleichen Parametern wie beim ersten Scan erneut zu scannen. Sollte dies notwendig werden, stellen Sie sicher, dass Sie ein Drehen der Probe vermeiden können, indem Sie die Probe entweder wie bisher unter dem Laser-Scanning-Mikroskop ausrichten oder dies per Software korrigieren. Weitere Methoden zur Fehlerbehebung finden Sie in den Hinweisen.

Modifikationen des Verfahrens beinhalten die Verwendung eines Heiztisches für die Probe ähnlich wie bei anderen experimentellen Verfahren, bei denen eine Heizstufe¹¹ verwendet wird, wobei die Probe aus dem Probenhalter entnommen wird, um unter verschiedenen Bedingungen, wie z. B. erhöhten Temperaturen in einem Ofen oder anderen umgebenden Medien (Flüssigkeiten oder Gasen), zu belasten, was nicht möglich ist, während sich die Probe unter dem Laser-Scanning-Mikroskop befindet.

Messungen unter unterschiedlichen Bedingungen, z.B. Temperaturen, ermöglichen die Verwendung dieser Methode zur Bestimmung des Volumens, um andere Elektromigrationsparameter wie die effektive Ionenladung oder die Aktivierungsenergie zu berechnen. Die Berechnungen der effektiven Ionenladung gehen vom elektromigrierten Volumen aus. Die Mittel zur Bestimmung des Volumens sind für die Berechnung nicht wichtig. Die Berechnungen erfolgen auf die gleiche Weise wie bei der Bestimmung der effektiven Ionenladung mit Hilfe von elektromigrierten Volumina, die mit dem REM ^2,3,4 gemessen wurden.

Wie in den obigen Gleichungen angegeben, hängt das elektromigrierte Volumen von der Diffusion ab. Die Diffusion hängt exponentiell von der Aktivierungsenergie des jeweiligen Prozesses^{ab 12}. Dies ermöglicht die Verwendung eines Arrhenius-Plots von over, um die Aktivierungsenergie aus der linearen Steigung zu erhalten. Die Methode kann auch verwendet werden, um Volumenänderungen in Blechstrukturen zu bestimmen und die Driftgeschwindigkeit auf die gleiche Weise zu berechnen, wie sie für die über SEM¹¹ ermittelten Volumina gezeigt wird.

Diese Methode kann nur angewendet werden, wenn Hügel oder Hohlräume für den Laserscan der Oberfläche zugänglich sind. Damit ist das Verfahren für die Bewertung der Volumenänderung, die durch getauchte Hohlräume verursacht wird, ungeeignet. Das Laser-Scanning-Mikroskop ist weniger empfindlich gegenüber Volumenänderungen, als kleinste Veränderungen, die mit REM und TEM detektierbar sind. Wenn das elektromigrierte Volumen zu klein ist, liefert die Verwendung eines Laser-Scanning-Mikroskops keine brauchbaren Ergebnisse.

Im Vergleich zu Untersuchungen mit REM oder TEM ist es einfacher, eine Heizstufe in den Aufbau des Laser-Scanning-Mikroskops einzubauen, da es sich in der Regel um^{Sonderanfertigungen} handelt 7,11,13,14.

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Current source/2602B System Source Meter	Keithley	2602B	Any type of current source can be used.
JKI VI Package Manager	NI	781838-35	https://www.ni.com/de-de/shop/product/jki-vi-package-manager.html? srsltid=AfmBOorzYPY4B8 hlGIUIYl3PJoBwb8o8PeV MsBfM9YcFasnBIhEWwBpd
Labview 2024 Q1 Full	NI	784522-35	Evaluation software option (https://www.ni.com/de-de/shop/product/labview.html?partNumber=784522-35)
Labview 2024 Q1 Pro	NI	784584-35	Evaluation software option (https://www.ni.com/de-de/shop/product/labview.html?partNumber=784522-35)
Laser scanning micrsoscope VK-X200 series	Keyence		VK-X200 no longer available for purchase. Available option VK-X3100. Laser scanning microscope with wavelength of 408 nm.
NI Vision Development Module	NI	788427-35	https://www.ni.com/de-de/shop/product/vision-development-module.html?srsltid=AfmBOoq2S8kYVmV1CK6 xSovMHTELtQHE2neD oM2RrEnibd2AuyzkWvuS
Objective lens, CF Plan Apo 150x/ 0.95; ∞/0 EPI; OFN25 WD 0.2	Nikon	BZ10123016	https://spwindustrial.com/nikon-cf-plan-apo-150x-0-95-0-wd-0-2mm-epi-objective/
VK Analyse-Modul Version 3.3.0.0	Keyence		Analytics software supported by the laser scanning microscope. No longer available for purchase. New laser scanning microscope uses newer software.
VK Viewer Version 2.2.0.0	Keyence		Measurement software supported by the laser scanning microscope. No longer available for purchase. New laser scanning microscope uses newer software.