Entwicklung eines Nadelsensor-Rasterkraftmikroskops für die Fehleranalyse an integrierten Schaltungen

Aufgrund stetig kleiner werdender Strukturgrößen in integrierten Schaltungen werden die heutigen, meist optisch arbeitenden Standardverfahren der Fehleranalyse bald an ihre Auflösungsgrenzen stoßen. Eine Alternative kann die Rastersonden Strom/Spannungsmesstechnik darstellen. Diese, auf der Rasterkraftmikroskopie basierende Testtechnik, zeigte bereits gute Ergebnisse hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit sowie Ortsauflösung auf dem Gebiet kontaktloser Spannungs- und Strommessungen. Um die Restriktionen von Hebelarmsystemen zu umgehen bietet sich der Einsatz eines Nadelsensors an, welcher vor allem hinsichtlich des Testzugriffs hebelarmbasierten Sensoren überlegen ist. Allerdings wurde dieser Sensor bezüglich seiner Einsetzbarkeit in der Fehleranalyse bis heute kaum erforscht. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Entwicklung und Realisierung eines nadelsensorbasierten Testsystems für die Fehleranalyse an integrierten Schaltungen. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Testsystem wurde u.a. auf seine Strom- und Spannungsempfindlichkeit ebenso wie der erzielbaren Ortsauflösung hin untersucht. So konnte eine Stromempfindlichkeit von 100µA sowie eine Spannungsempfindlichkeit von 100µV demonstriert werden. Die Ortsauflösung konnte bei Strommessungen zu 4µm, bei Spannungsmessungen zu 70 nm bestimmt werden. Gerade auf dem Gebiet der Spannungsmessungen gelang es somit, die bis dahin mit herkömmlichen Messsonden erzielte Empfindlichkeit um zwei Größenordnungen zu verbessern. Abschließend konnten die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse anhand mehrerer Beispiele erfolgreich in die praktische Fehleranalyse übertragen werden. So gelang es zum Beispiel durch Strompfadverfolgung innerhalb einer integrierten Schaltung den Fehlerort zu lokalisieren. An einem weiteren integrierten Schaltkreis konnte aufgrund der hohen Spannungsempfindlichkeit der Spannungsabfall einer stromdurchflossenen Leiterbahn vermessen werden, welches es ermöglichte einen vorliegenden ESD Schaden zu lokalisieren und zu verifizieren