HAXIS – LIM (Low-angle Ion Milling)

À mesure que les dispositifs semi-conducteurs avancés se miniaturisent et que la complexité de leurs structures augmente, il devient de plus en plus difficile de sonder directement les circuits nanométriques à l’aide de nanomanipulateurs. De plus, le contact provoqué par les sondes peut affecter la zone à analyser, ce qui nécessite de nouvelles méthodes d’analyse des défaillances.
Grâce à des recherches approfondies sur la technologie de détection du contraste de potentiel passif (PVC : Passive Voltage Contrast), JEOL a mis au point une nouvelle méthode d’observation PVC stable et hautement reproductible, fondée sur l’amélioration de la technologie des détecteurs et des techniques de préparation des échantillons.

Le MEB équipé de la technique LIM (LIM-SEM) est la nouvelle plateforme d’analyse JEOL de défaillances dans le domaine des semi-conducteurs. Elle permet d’obtenir des images PVC nettes et hautement reproductibles, même sur des dispositifs semi-conducteurs avancés. En détectant visuellement les anomalies électriques tout en minimisant les effets des dommages liés à la préparation et de la contamination, LIM-SEM permet de localiser efficacement les défauts et d’en déterminer la cause profonde. L’utilisation d’argon (Ar), un gaz inerte, garantit une qualité de surface stable tout en réduisant les coûts d’exploitation de l’instrument.

L’analyse des défaillances des semi-conducteurs comprend plusieurs étapes, depuis la localisation de la défaillance jusqu’à l’analyse physique et à la recherche de la cause profonde. À mesure que la complexité des dispositifs augmente, il devient de plus en plus essentiel de réduire le délai entre la détection d’une défaillance et l’obtention de résultats exploitables. Le LIM-SEM propose une nouvelle approche de localisation des défaillances en intégrant l’enlèvement de couches par LIM à l’imagerie MEB et à l’analyse PVC. Ce flux de travail combiné permet d’identifier rapidement et avec une grande précision l’emplacement des défaillances. Il permet ainsi une analyse QTAT (Quick Turn Around Time — délai d’exécution rapide) et accélère le passage de la détection électrique des défaillances à l’analyse physique et à l’identification de leur cause profonde.

La qualité de l’observation PVC est considérablement affectée par l’état de surface de l’échantillon après le retrait des couches. La technique LIM-SEM utilise un procédé unique de retrait des couches par amincissement ionique à faible angle (LIM) — faisant appel à des faisceaux d’ions argon — pour créer une surface plane au niveau de la zone d’intérêt (ROI) tout en minimisant les dommages. Cela permet une observation claire et hautement reproductible du PVC, tout en préservant les informations structurelles et potentielles, même pour les dispositifs de pointe.

Échantillon : SRAM (technologie 7 nm)

Pour localiser la défaillance, il est essentiel d’identifier la couche cible de l’analyse en alternant les observations LIM et PVC. La technique LIM-SEM réduit le temps d’analyse et améliore l’efficacité du travail en supprimant la nécessité de transférer l’échantillon d’un instrument à l’autre. En effectuant une analyse en profondeur tout en alternant les étapes de traitement et d’observation, il est possible d’identifier efficacement les défauts situés dans la zone d’intérêt.

Lors de l’observation PVC de dispositifs de pointe, même une légère contamination de la surface de l’échantillon peut altérer considérablement la qualité de l’image. Le transfert sous vide réduit la contamination liée au prétraitement et à l’exposition à l’atmosphère. En préservant la propreté de la surface de l’échantillon, il est possible d’obtenir des images PVC stables lors d’observations à fort grandissement.

Échantillon : SRAM (technologie 7 nm)

À mesure que les dispositifs à semi-conducteurs de pointe se miniaturisent, il devient nécessaire de visualiser clairement la légère différence de potentiel induite par les défauts. L’observation par PVC repose sur les signaux d’électrons secondaires ; toutefois, nombre de ces signaux proviennent d’électrons secondaires à très basse énergie qui contribuent peu au signal PVC et risquent d’altérer la netteté de l’image. En éliminant ces signaux indésirables grâce au filtre Vivid Contrast (VC), le détecteur est en mesure de capturer plus nettement les variations de PVC causées par les défauts.

Tension négative appliquée à l’électrode, comprise entre -50 V et 0 V.
→ Les électrons secondaires (SE) dont l’énergie est inférieure à la tension appliquée sont rejetés.
Contrôlable par pas de 0,1 V.
→ Permet de définir les conditions optimales en fonction de l’échantillon.

Échantillon : SRAM

En présence d’une défaillance dans l’échantillon, des variations du PVC peuvent être observées. Le PVC reflète de subtiles différences de résistance ; les zones présentant une résistance plus faible apparaissent plus claires, tandis que celles à résistance plus élevée apparaissent plus sombres. Dans l’échantillon analysé après le LIM, l’emplacement de la défaillance est clairement visible.

La mémoire 3D NAND présente une structure tridimensionnelle complexe composée de centaines de couches alternées de métal et de matériau isolant. L’échantillon a été soumis à un retrait de couches par LIM, et la structure des couches métalliques et isolantes a été clairement observée dans la zone de la matrice de cellules.

Le LIM-SEM permet l’observation structurelle et l’analyse élémentaire par EDS, ainsi que l’analyse EBSD à haute résolution. Grâce à la surface polie de haute qualité obtenue par le procédé LIM, il est possible d’obtenir des informations sur l’orientation cristalline avec une résolution spatiale élevée. Ceci est applicable aux interconnexions en tungstène à rapport d’aspect élevé dans les structures 3D NAND. Cela permet une évaluation combinant les informations structurelles et celles relatives à l’orientation cristalline.

Echantillon 3D NAND


Le polissage ionique à faible angle crée une surface plane dans la zone d’intérêt tout en limitant les dommages. Les informations structurelles et de potentiel sont mieux préservées, ce qui améliore la clarté et la reproductibilité des images PVC.

Oui. L’alternance du traitement LIM et de l’observation PVC permet de suivre la profondeur de l’échantillon et d’identifier la couche où se situe le défaut.


Le transfert sous vide limite l’exposition de la surface à l’atmosphère entre la préparation et l’observation, ce qui favorise une imagerie stable à fort grandissement.

Il rejette les électrons secondaires de très basse énergie qui contribuent peu au signal PVC. Le contraste associé aux variations de potentiel devient ainsi plus lisible.


La surface préparée par LIM peut être étudiée par imagerie structurelle, EDS et EBSD à haute résolution, notamment pour caractériser les interconnexions des structures 3D NAND.