Введение к работе
Актуальность темы. На основе современной интегральной технологии изготавливаются приборные структуры с размерами легированных областей микронного масштаба. Для отработгеи и контроля технологического процесса, а также для анализа отказов готовых структур необходима информация о геометрическігх и электрофизических параметрах, характеризующих активные элементы структур, а используемы»! с этой целью днзшостическне методы должны обладать адекватными локальными зоз-можностями. Метод населенного тока (НТ) в растровом электронном микроскопе (РЭМ) применяется для определения следующих параметров: Еиффузнонной длины (LD) и времени жизни «) неосновных носителей
>
злряда и относительной неоднородности концентрации (дп/п) основных носителей заряда. Пространственное разрешение jToro метода в стационарном режиме зависит от LD и. для кремния может превышать і СО мкм. Дня регистрации ИТ требуются контакты к образцам.
Сушестгенно повысить пространственно* разрешение при определении электрофизических параметроп возможно путем отображения потенциального рельефа. Например, отношению концентраций активных примесей в смежных областях гц/п2 равному 1,5 отвечает разность потенциапов -10 мВ. Метод потенциального контраста (ПК) РЭМ позволяет измерять поверхностные потенциалы бесконтактно, за ест улавливания медленных или истинно-вторичных электроноз, обхлечивая пространственное разрешение близкое к диаметру электронного зонди РЭМ в плосхости объекта.
Но методом ПК РЭМ возможно измерение лишь поверхностной контактной разности потенциалов, значение которой отличается от соответствующего значения в объеме, за пределами приповерхностной области
пространстпенного заряда (ОПЗ), вследствие заряда поверхностных состояний (ПС) и изгиба энергетических зон на ловерхгости. Информацию о ПС, а также о ч; можно получить при помощи исследования кинетики фотоЭДС. Однако пространственное разрешение известных методов фотоЭДС значительно уступает методу ПК РЭМ.
Учитывая вышеизложенчое, mos:ho сделать вывод об актуальности разрабогки физических основ измерении фогоЭДС в РЭМ с высокой локальностью ирч помощи метода ПК.
Цель работы - исследование физических основ метода фотоЭДС в РЭМ с локальноегью, позволяющей получаїь информацию об электрофизических параметрах активных элементов интегральных схем большой (БИС) к сверхбольшой (СБИС) степени шггеграцпи.
Научная ноьнзнр работы
-
Влерчые предложен метса измерения фотоЭДС в РЭМ и геследо-ваны основные закономерности, лежащие в его основе.
-
Разрвботаїш принципи создания аппаратуры для реализации метода.
-
Впервые предложен и реализован способ измерении времени жизни неосновных носителей ааряда в полупроводниках по наблюдению кинетики вїніильнои фотоЭДС р-n перехода в РЭМ.
Практическая ненногть работы
На основании изучения закономерностей формирования контраста фотоЭДС в РЭМ предложен метод и создана аппаратура для бесконгакт-
s-
іюй диагностики полупроводниковых структур с субмикрометровым пространственным разрешением, которая позволяет:
а) зизуалнзироват» и диагностировать имплантированные области на
поверхности структур,
б) измерять времена жизни неосновных носителей заряда с времен
ным разрешением 100 не без бланкировании зонда РЭМ по кинетике вентиль
ной фо^оЭДС р-n перехода,
з) изучать кинетику перезарядки ПС.
Указанный метод я аппаратура в сочетании с методом вторично-ионной масс-спектрометрии (DIIMC) применяются для исследования поверхности шлифов, локально сформированньх иенно-зокдооым распылением на заданных учапках поверхности структуры с пгпнмшостыо позиционирования -1 мкм, чго делает возможным:
е) визуализацию и измерение глубины залегания электрофизической границы как мелкого.пленарного р-n перехода (-10О им), сформированного имплантацией .на исей поверхности поліожкн, тах и р-n переходов, сформированных а изолирующих диффузионных слоях (структури КМОП),
б) оценку эффекта внести электрической активации имплантированной примеси из сопоставления данных послойного ВИМС-?нализа (глубнни металлургической границы) и данных по глубин» электрофизической границы.
Основные защищаемые' положения
1. Закономерности отображения фотоЭДС планарных структур методом ПК РЭМ.
-
При усгаиовлеш:іі пороговой чувствительности it пространственного разрешении метод* фотоЭДС в РЭМ необходим у>;ет эффекта катодо-ЭДС, обусловленного зондом РЭМ.
-
Метод измерения времени жизни неосновных носителей заряда по кинетике фотоЭДС р-п перехода, основанный из компенсации поетогнной времгнн заряда ёмкости р-п перехода дополнительной стационарной подсветкой.
-
Метод измерения глубины залегают электрофизической границы мелкого планарного р-п перехода и эффективности электрической активации имплантированной примеси и окрестности этой границы.
-
Прчнципы и конструктивные решения, положенные в основу разработанной аппаратуры.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
-
XXI Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (Ленинград, 1991г.).
-
VII Всесоюзном симпозиуме по растровой электронной, микроскопии н аналитическим методам исследования твердых тел (Звеннгород, 1991г.).
-
Научных семинарах и конференциях Института микроэлектроники, научных семинарах ВШІЦГШ.
Публикаиии
Основные результата диссертации опубликованы в 7 пгчатных рабо-.тах, включая одпо авторсхое свидетельство.
Объем и структура работа
Диссертации состоит нз введеная, четырех глав, заключения, пяти приложении и списка ліггературьі. Общий обгем лнесертации 110 стр., включая 47 рисунков к библиографию нз S4 наименований.
Похожие диссертации на Метод фотоэдс в РЭМ и его применение для диагностики кремниевых структур
