Введение к работе
Актуальность проблемы. Совершенствование системы диагностического контроля является одной из основных проблем производства качественных и надежных полупроводниковых приборов, интегральных схем її других изделий микроэлектроники. Существующие метода и средства контроля и диагностики дефектов полупроводкиксшх структур не позволяют ре:мть ряд актуальних проблем диагностического контроля на различных этапах разработки и производства изделий микроэлектроники. 3 частности, остаются нерешенными проблеш обнаружения и диагностики дефектов поверхностных и приповерхностных слоев кристаллов полупроводниковых приборов..
Анализ основных тенденций развития техники и технологии производства микроэлектронных изделие показывает, что большое влияние на надежность полупроводниковых приборов оказывают и окакут дефекты, распололекныч на поверхности и в активных областях структур. По мере создания Съемных (трехмерных) полупроводниковых приборов эта проблема еще больше обострится. Помино традиционных диагностических задач локализации дефектов з плоскости поверхности кристаллов возникает проблема определения глубины залегания дефектных аномалил.
Для диагностики дефектов поверхностных и объемных слоеь полупроводниковых структур разработаны различные метода и средства, основанные на использовании оптических, элэктрооптических и других известных физических эффектов, Оосбоз место среди них занимает метод фотоотвзтшх изображений, основанный на зондировании поверхности исследуемых образцов о помоідьп светового луча и формировании двухі.іерного изображения фотоответа (фотоотклика) полупроводниковых структур на экране видеоконтрольного устроАства. Метод фотоотзетных изображения позволяет выявить дефекти рп-перэходов, поверхностных и приповерхностных кристаллов и других'физических элементов полупроводниковых структур.
Зо всех известных іютоотзетннх микроскопах и их модификациях для возбуждения образцов, с целью формирования фотоответных изображений, применяется один световой зснд, что практически исключает возможность получения необходимо;! и достаточной информации для локализации и идентификации дефектов различных физических элементов, имеющих одинаковую электрическую активность, по отношению к формируемым при этом фотоответным сигналам. 3 частности, по фотоответісм изображения.-.! невозможно однозначно различить де ренты ргт-перохо^ов
И Дефекты ПрИПОЭерХНООТНЫХ СЛ0ЄЯ ПОЛупрОБОдаИКОЗЫХ Структур. с'ТО
значительно снижает диагностическое разрешение метода <Л'Оответ-них изображений и существенно ухудшает качество диагностических исследовани.1 с его помощью.
Для зондирования глубинных слоев и обнаружения электрически активных дефектов полупроводниковых структур исследованы варйанті сканирующих лазерных микроскопов с световыми зондами различных д волн. Однако и в этом случае не решается проблема локализации д фектов физических элементов полупроводниковых структур с полной пространственной определенностью.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка метода и соответствующих технических средств для реле ния проблеш диагностики электрически активных поверхностных 'и объемных дефектов полупроводниковых структур с возможной их лона лизацией в трехмерном пространстве и, таким образом, повышения д агностического разрешения.и качества анализа эксплуатационных от казов полупроводниковых приборов и интегральных схем.
Для реализации этой идей необходимо было решить следующие принципиальные вопросы:
теоретически обосновать возможность создания метода локол зации дефектоз полупроводниковых кристаллов в трехмерном пространстве с использованием зависимостей коэффициента поглощения и фотоответа исследуемых образцов от длины волны зондирующих свете вдх лучей; .'
разработать принципа построения фотсответных микроскопов с использованием указанных ефректов для получения необходимой др агностической информации} . "
. "- разработать, двухлучевой дифференциальный фотоответныЯ мот роскоп и исследовать работу его основных узлов;
- экспериментально подтвердить возмояность диагностики по
верхностных а объемных дефектов полупроводниковых структур с по
мощь» предложенного метода я соответствующих технических среден
Научная новизна.
-
Теоретически обоснована возможность локализации и идент; фикации электрически активных дефектов полупроводниковых бтрукт} в .трехмерном пространстве. ...
-
Рассчитан фотоответньй сигнал диффузионного рп-парехода различными моделями дефектов путем моделирования физических процессов, протекающих в дефектных рп-переходах и решения уравненш н епрерывяоетл. дакздекншг .-методом»; '
-
Разработана тестовая структура для исследования процессов юрмирования инверсионных слоев с помощью метода ди$беренциальннх ютоответкых изображение.
-
Разработаны основные принципы проектирования двухлучовнх 5і5ї>еренциальішх фотоответных микроскопов на основе лазерных источников света.
-
Разработана методика локализации и идентификации дефектов поверхностных и объемных слоев полупроводниковых материалов и структур.
-
Показана возможность повышения точности фиксации положения обнаруженных дефектов полупроводниковых структур по глубине путем изменения длины волны и мощности световых зондов, а также введения третьего зондирующего луча.
-
Экспериментально подтверждена возможность локализации дефектов полупроводниковых структур в трехмерном пространстве методом дифференциальных фотоответных изображение.
-
Показана возможность локализации инверсионных слоев полупроводниковых прибороз с высоким пространственные разрешением.
Практическая ценность работы.
-
Разработана методика локализации и,идентификации поверхностных и объемных дефектов отказавших полупроводниковых структур.
-
Разрабоїал двухлучавой дифференциальный фотоответныЛ микроскоп для диагностики поверхностных и объемных полупроводниковых структур методом фотоответных изображений, -
-
Получены соотнозенкя для .расчета параметров схемы стабилизации мощности лазерных зондов.
-
Предложен метод повышения чувствительности и расширения динамического диапазона дифференциальных фотоотвётшх микроскопов путем введения перекрестной положительной (отрицательное) свето-электрической обратной свчзи между дзуня световыми зондами,
-
Разработана тестовая структура для моделирования и исследования дефектов поверхностных слоев кристаллов и окисннх пленок.
G. Предложен способ локализации и определения границ инверсионных слоев о высокой контрасиоотыо.
Использование результатов. Разработанный метод дифференциальных отоотвэтных изображений вклгсчен в перечень методов анализа отказов, применяемых в Рэгиональном центре диагностики ЗИТІ "Злектронстандарт". Диагностика эксплуатационных отказов по эт-эму
методу производится с помодью разработанного дифференциального Фотоотеєтного микроскопа.
Результаты исследований электронных блоков дифференциального фотоответиого микроскопа бали использована при проведении ОКР "..'икрон-І", "Масис", "Монитор-", ;; 1LIP "Улк", выполненных в Арта-шатском отделе BHi'LI "Электронстандарт", а также при создании фо-тоответных микроскопов "Арташат-I" и М5Р.П-І000-003.
Апробация работы. Результаты диссертационное работы докладі-вались на НТО АО BHiui "Электронстандарт", на 3-й республиканской конференции аспирангов Армении (Ереван, март 1969г.), на семинарах кафедры "Микроэлектроника и полупроводниковые 'приборы" ЗрГК.
Публикации. По результатам наследований, вошедших в диссертационную работу, опубликовано 6 печатных работ.
Основные положения, выносимые на защиту.
I. Результаты математического моделирования фотоэлектрически: процессов, протекающих в'дефектных рп-переходах.
1. Результаты теоретических исследований возмояности локализации и иденттїфиїїащш. алеКтричеоки активных дефектов полупроводнв ковых структур в трехмерном -пространстве.
-
Основы проектирования дзухлучевых дифференциальных фотоответных микроскопов на база лазерных источников света.
-
Способ локализации инверсионных слоев полупроводниковых приборов с высокой коитрасностью.
5. Кияенорнза метод расчета параметров схемы стабиліізаци.'і мощности лазерных зондов с гаданноа точностью.
-
Метод повышения чувотвительности и расширения диагаости-ческого диапазона дифференциальных фотоответных микроскопов путем введения положительной или отрицательной оветоэлектричоских обрат ных связей.
-
Методика определения режимов работы дифференциальных фото ответных микроскопов о учетом характеристик исследуемых образцов и предполагаемых дефектов.
-
Результаты-експериментальних исследований дефектов"полупр водникобых структур о помощью методадифференциальных фотоответных и'зобракенил. '.'_
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из ввэде кия, четырех глав, заключения, приложений,' списка литературы. 06-іциіі объем работы (72. страниц, включая 44 рисунков.
