Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время для развития элементной базы микроэлектроники все более актуальной становится разработка методов неразругаакхдей диагностики и контроля на всех технологических этапах: контроль исходных материалов, полуфабрикатов и готовых изделии, а также анализ причин отказов, возникающих в процессе испытаний и эксплуатации. Незаменимыми для локальной диагностики являются различные микрозондовые методы, наиболее приемлемыми и универсальными среди которых являются электронно - зондовые и оптические зондовые методы. По сравнению с достаточно хорошо разработанными металами диагностирования никроэлектронных изделий и материалов в РЭ^ оптаческое зондовое тестирование по ряду причин ссвоено в значительно меньшей степени.В сравнении с электркжио-зондовыми методами оптическая диагностика значительно уступает лишь в достижимом значении пространственного разрешения (порядка I мкм), но это вполне приемлемо для диагностирования ' большинства структурных элементов современной микроэлектроники. Широкое использование ШОП -структур, характеризуемых низким энергопотреблением придает оптическим зондовкм методам диагностики особую ценность, так как только они в этом случае полностью соответствуют понятию "неразругаащкй контроль".' Среда ряда достоинств оптической зондовой диагностики принципиально важным является также возможность "глубинного" диагностирования таких йатесналов как кремния, арсенид галлия, гермзігаи и
изделий на их основе, а также визуализация существующих в них различных микрополей. Значительная по сравнению с электронным зондом глубина проникновения ИК-излучения в полупроводниковых материалах в сочетании с регистрацией сигналов-откликов различной физической природы позволяет реализовать комплексную диагностику микроэлектронных изделий и материалов с применением компьютерной и аппаратурной томографии. Таким образом, для визуализации и анализа структуры изделий микроэлектроники большую важность приобретает задача создания многофункционального лазероскана, рассмотрения физических особенностей формирования контраста изображений электрически активных дефектов и элементов в полупроводниковых кристаллах и применение полученных результатов для решения научных 'и практических задач.
В данной диссертационной работе делается попытка приблизиться к реиению ряда задач оптической зондовой диагностики полупроводниковых материалов и t изделий, приводятся объяснения соответствующих физических процессов, обосновывается эффективность предложенных нами решений для диагностики изделий микроэлектроники, что позволяет получать достаточно хорошие практические результаты.
Основной целью данной, работы является: разработка и
апробация оригинальных методов лазерной сканирующей
микроскопии и интроскопии для целей визуализации структуры
v и микронеоднородностей широкого класса полупроводниковых
изделий при контроле, диагностике и исследования
структурных и электрофизических свойств на различных
этапах технологического процесса изготовления, например
микросхем.
Научная новизна настоящей работы состоит в
физическом обосновании и разработке физических и
технических принципов лазерной сканирующей интроскопии
полупроводниковых объектов,а также реализация оригинальных
методов исследования и диагностики ряда полупроводниковых
структур, а именно:
I.Исследовалось явление инверсии контраста в изображениях
дефектов в кристаллах кремния при изменении длины волны
зондирующего излучения и объяснен физический механизм этого
эффекта і
2.Предложен и реализован полность» бесконтактный метод
визуализации распределения поверхностной фого-ЭДС
Рассмотрены процессы и параметры облучаемого кристалла,
ответственные за формирование локальной фотоЭДС.
3.Впервые предложен и реализован метод, конфокальной
регистрации СВеТОраССеЯНИЯ ДЛЯ УГЛОВ бЛИЗКИХ К л/2, что
позволило почта на порядок- повысить пространственное разрешение режима рассеяния.
4.Теоретически обоснован и реализован метод регистрации светорассеяния и отражения с высокой локальностью при использовании эллипсоидального отражателя а также реализация конфокального режима в кагодолшинесценции РЭМ. 5.Разработанные методы лазерной сканирующей микроскопии и
: S
микротомографии применены для исследования ряда полупроводниковых объектов микроэлектроники,, в частности электрических микронеоднородностей и доменов в кристаллах.
Практическая ценность работы заключается в развитии лазерных зондовых методов ннтроскошш и кнкротоиографии полупроводниковых структур. На основе сответствувдих теоретических обоснований создана многофункциональная установка, представляющая ценность не только для научных исследований, но и для контроля технологии и анализа-отказов в микроэлехтронной полупроводниковой промыаленности. Предложенные методы и результаты исследований могут сыграть известную роль в неразрушащей бесконтактной диагностике объектов полупроводниковой никроэлектроники. . Основные защищаемые положения : I.Объяснение возможного механизма инверсии контраста изображений дефектов в кремниевых пластинах при измензнии длины волны оптического зондирующего излучения. 2.Метод бесконтактной визуализации распределещш поверхностной фото-ЗДС и его реализация. 3.Метод конфокальной регистрации ИК-светорассеяния для углов близких к/2 и его реализация.
4.Применение эллипсоидального отражателя для регистрации ИК-светорассеяния и отражения с высокой локальностью, демонстрация высокой эффективности предложенного решения. 5.0'осшвание . комплексного =.'./.подхода ,' ттри ':'_ кзучешш электрофизических свойств ряда полуправоднжовж объектов,
в частности кремниевых фотоиреобрэзовэтелей, рекомбинавдгонных волн и доменной неустойчивости в кристаллах кремния , легированных цинком , и в монокристаллах германия.
Апробация работы : Основные результаты диссертационной работа обсуждались на хп Всесоюзної» конференции "Неразрузакщие физические методы я средства контроля" (Свердловск IS90 г.), vii Всесоюзном симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (РЗМ-9І,Звенигород, 1991), на
Международной Конгрессе ПО МИКРОСКОПИИ-( Scanning 91, Snn-
Die.;o, usa ) , на научных семинарах Физического факультета МГУ и ИПТИ РАН.
Публикации : по материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ в трудах конференций , отечественных и зарубежных журналах.
Диссертация состоит из введения, трех глав, содержит 130 страниц машинописного текста , в том числе 25 рисунков и список цитированной литературы, включающий ПО публикаций.