Введение к работе
Актуальность работы. За последние 30 лет минимальные размеры
структурных элементов микросхем уменьшились с 10 до 0.1 мкм, и перед технологией стоит задача преодоления этого рубежа. В этих условиях дальнейший прогресс микроэлектроники во многом определяется состоянием диагностических методов и средств. Наиболее важным средством микроэлектронной диагностики в настоящее время и в обозримом будущем является растровая электронная микроскопия (РЭМ). Одной из основных причин, ограничивающих совершенствование методов РЭМ и реализацию предельного разрешения, является недостаточная исследованность процессов, определяющих релаксацию вносимого и наведенного электронным пучком зарядов в объеме образца.
Важным аспектом взаимодействия электронного пучка с диэлектриками является способность последних хорошо накапливать электрический заряд. Заряд, инжектируемый облучением в диэлектрическую мишень, может оказывать существенное влияние на подлетающий пучок. В электронной микроскопии вследствие этого эффекта изображение, наблюдаемое в микроскоп, имеет временную динамику, «плывет». В электронной литографии, где пучок используется как технологический инструмент для получения скрытого рисунка в слое радиационно-чувствительного электронорезиста, искажается рисунок микросхемы или фотошаблона. Иногда влияние внесенного заряда сказывается на экспонировании, даже если последнее прерывается на несколько часов [I]. Создание научно обоснованных методов прогнозирования поведения диэлектриков в условиях электронно-лучевого облучения требует, прежде всего, изучения процессов, связанных с электропроводностью этих сред.
Метод наведенного тока широко используется для исследования электрофизических свойств полупроводниковых материалов и приборов микроэлектроники. Традиционными приложениями этого метода являются определение концентрации точечных дефектов и характеризация
протяженных дефектов, дислокаций. Интерес к изучению свойств этих объектов особенно возрос в последние годы в связи с попытками реализации эффективных светоизлучающих приборов на основе искусственно созданных дислокационных структур в кремнии [II]. Стремление получать точные характеристики свойств дефектов диктует необходимость отказа от упрощенных, качественных моделей формирования сигнала в объеме образца в методе наведенного тока и вынуждает переходить к подробному количественному моделированию этого явления.
Перечисленные обстоятельства показывают актуальность создания и развития методик моделирования явлений проводимости в полупроводниках и диэлектриках.
Цель работы заключалась в создании и совершенствовании моделей электропереноса в полупроводниковых и диэлектрических материалах для изучения закономерностей и соотношений- между электрофизическими свойствами среды, параметрами функции источника заряда и регистрируемыми сигналами. Важной задачей являлось также развитие методик, которые позволяли бы контролировать и снижать уровень необратимого воздействия на образец.
Научная новизна диссертации. В основу диссертации положены работы автора по изучению явлений электропереноса в полупроводниках и диэлектриках, в которых впервые:
-
установлены критерии применимости приближения слабой генерации в методе наведенного тока (EBIC) как при наличии в облучаемых образцах, протяженных дефектов (дислокаций), так и в их отсутствии;
-
показано, что логарифмический характер спада максимума контраста на линейном дефекте в зависимости от тока пучка при высоком уровне возбуждения может быть объяснен с помощью классической диффузионно-дрейфовой модели динамики неравновесных носителей с учетом
рекомбинации электронно-дырочных пар по формуле Шокли-Рида, т.е. без привлечения представления о дислокации как о заряженном объекте;
-
разработана модель динамики неравновесного заряда в диэлектрике, учитывающая помимо релаксационных механизмов, присутствующих в классических моделях проводимости (диффузия, дрейф, рекомбинация, ловушки), влияние термоэлектретного эффекта;
-
теоретически исследованы основные закономерности влияния термоэлектретного эффекта на ход деполяризации диэлектрического образца, подвергнутого электронному облучению.
Достоверность полученных результатов обеспечивается детальным теоретическим анализом рассматриваемых задач, строгим математическим доказательством результатов, многочисленными модельными расчетами и сравнением их с результатами экспериментов.
Практическая ценность работы
1. Разработанная методика моделирования динамики неравновесных
носителей в объемах полупроводников позволяет:
рассчитывать выходной сигнал в методе наведенного тока для любой
схемы измерений (при произвольном количестве и расположении
регистрирующих электродов);
проводить количественную диагностику полупроводниковых структур - определять рекомбинационные свойства дефектов.
2. Установление основных закономерностей деполяризации заряженных
диэлектрических пленок позволяет контролировать следующие
физические характеристики в процессах электронной литографии:
температурные поля;
величину бокового отклонения пучка;
величину дрейфа катализатора (протонов) в электрических полях, возникающих в объемах негативных резистов с химическим усилением.
Личное участие автора в выполнении работы
Определение цели диссертации, постановка всех задач, выявление основных закономерностей, составляющих научную новизну и практическую ценность проведенной работы, были выполнены автором совместно с д.ф.-м.н. СИ. Зайцевым ик.т.н. Е.А. Грачевым.
Выбор методов исследования, разработка вычислительных алгоритмов и реализация их в виде расчетных программ, а также интерпретация полученных результатов проведены автором лично.
Основная часть публикаций по теме диссертации написана автором после обсуждения результатов исследований с соавторами работ.
Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих симпозиумах и конференциях:
-
Международная конференция «Nano-, Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities». Москва, 10-13 сентября 2002 г;
-
8-ая Всероссийская научно-техническая конференция «Состояние и проблемы измерений». Москва, 26 - 28 ноября 2002 г;
-
10-ая Международная конференция «Математика. Компьютер. Образование». Пушино, 20 - 25 января 2003 г;
-
7-ое Всероссийское совещание-семинар «Инженерно-физические проблемы новой техники». Москва, 20 - 22 мая 2003 г;
-
6-ой Всероссийский семинар «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики». Москва, 28 - 30 мая 2003 г;
6. 13-ый Всероссийский симпозиум «РЭМ и аналитические методы
исследования твердых тел». Черноголовка, 2-4 июня 2003 г.
Результаты работы докладывались также на семинарах кафедры компьютерных методов физики и кафедры физической электроники физического факультета МГУ им М.В. Ломоносова.
Публикации. Основное содержание диссертации содержится в 10 работах, список которых приводится в конце реферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 119 страниц, включая 32 рисунка, 1 таблицу и список литературы, содержащий 60 наименований.
