Исследование электрофизических и морфологических свойств и поверхностных явлений в гетерогенных твердотельных наноразмерных системах

• Автор: Тагаченков, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Анализ современных и перспективных проблем создания и диагностики гетерогенных твердотельных наносистем.
Введение.
Особенности функционирования энергонезависимых микросхем памяти. Методы и аппаратура измерения электрического потенциала и электрофизических параметров микроэлектронных структур. Электронно-зондовая и ИК- эмиссионная микроскопия.
Контактное микрозондовое тестирование.
Сканирующая зондовая микроскопия.
Сканирующая туннельная микроскопия.
Электростатическая силовая микроскопия.
Микроскопия сканирования емкости.
Сканирующие зондовые микроскопы.
Прецизионные сканирующие ионно - лучевые технологии.
Введение.
Нанотехнологический комплекс на основе электронно-ионного сканирующего микроскопа.
Электронно-ионный сканирующий микроскоп Nova 600 NanoLab. Создание кросс-секций.
Высокоселективное ионно-стимулированное осаждение и травление материалов с использованием газовой инжекционной системы. Особенности использования газовой инжекционной системы.
Процесс осаждения платины (Ft).
Процесс осаждения диэлектрика (TEOS).
Процесс ускоренного травления материалов (ЕЕ).
Процесс селективного травления материалов в среде XeF2 (IEE). Создание диагностических контактов на коммутационных токопроводящих шинах.
Создание мембран в локальных областях полупроводниковой структуры кристалла для «тонкого» структурного анализа методом сканирующей трансмиссионной электронной микроскопии.
Технологическая подготовка интегральных микросхем для проведения исследований методами атомно-силовой микроскопии.
Декапсуляция кристаллов интегральных микросхем для анализа с верхней стороны кристалла.
Рентгеновская интроскопия корпусов интегральных микросхем. Методика локального декапсулироваггая кристалла интегральной микросхемы.
Подготовка образцов для зондовых исследований с нижней стороны кристаллов
Механическая обработка.
Селективная химическая полировка.
Химическая чистка поверхности.
Методы атомно-зондового контроля электрофизических и морфологических свойств гетерогенных твердотельных систем (интегральные микр осхемы).
Сканирующая зондовая микроскопия.
Контактная атомно-силовая микроскопия.

Колебательные методики атомно-силовой микроскопии. «Полуконтактный» метод атомно-силовой микроскопии.
Микроскопия электростатических сил.
Взаимодействие зонда и образца при приложении напряжения. Методики измерения электрического потенциала с помощью сканирующей зондовой микроскопии.
Экспериментальные исследования электрофизических и морфологических свойств гетерогенных твердотельных наносистем (сверхбольшие интегральные схемы).
Аппаратно-программный комплекс на базе сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) для исследований электрофизических и морфологических свойств гетерогенных твердотельных наноразмерных систем.
Экспериментальные исследования пространственного, временного разрешения и чувствительности при измерении электрического потенциала на поверхности гетерогенных твердотельных объектов. Тестовые структуры.
Калибровка измерительной системы.
Оценка пространственного разрешения метода МЗК.
Оценка временного разрешения методов ЭСМ и МЗК.
Оценка чувствительности измерений электрического потенциала на поверхности гетерогенных объектов методов ЭСМ и МЗК. Экспериментальные исследования пространственного распределения концентрации электрически активных примесей в полупроводниковых областях кристаллов.
Исследования логических состояний энергонезависимой памяти с помощью аппаратно- программного комплекса методами СЗМ. Экспериментальные исследования логических состояний ячеек памяти интегральной микросхемы Р1с12С508а.
Экспериментальные исследования логических состояний ячеек памяти интегральной микросхемы Рю16Р84а.
Оценка возможности использования разрушающих (обратная сторона кристалла) методов сверхлокального контроля функциональных областей памяти.
Выводы.
Литература.
Введение.
Актуальность темы.
Современный этап развития физики конденсированных сред характеризуется устойчивым ускорением в проведении фундаментальных и прикладных исследований свойств гетерогенных твердотельных наносистем, наноматериалов и сложных объектов различного назначения, созданных на их основе.
Характерные размеры элементарных объектов и областей их взаимодействия присущие внутреннему строению наноразмерных систем находятся в диапазоне ~ 1-400 нм. поэтому применение большинства хорошо известных физических методов исследований оказываются малопригодными. Последнее обстоятельство приводит к необходимости создания принципиально новых и адаптации существующих экспериментальных методов изучения физических явлений.
Среди разнообразных и многоплановых проблем создания и аналитической диагностики современных наноматериалов и наноустройств на основе кремния особое место занимают физико-химические аспекты изучения объектов современной микроэлектроники. К таковым относятся сверхбольшие интегральные схемы, являющиеся на сегодня основой большинства информационных систем. В связи с этим возрастают требования как к технологическому оборудованию и способам интегрально-группового производства сверхбольших интегральных схем с наноразмерными проектными нормами, так и к методам контроля изделий на стадии разработки, проведения испытаний на надежность, а в ряде случаев и на оценке степени обеспечения информационной безопасности. Это связано не только со сверхмалыми геометрическими параметрами базовых активных элементов, но и с конструктивной сложностью изделий наноэлектроники, представляющих собой многослойные наноразмерные гетерогенные твердотельные системы, использующие, как правило, низкие рабочие напряжения, высокие частоты функционирования при чрезвычайно высокой «чувствительности» к процессу измерений параметров.
Особое место в структуре сверхбольших интегральных микросхем занимают микросхемы памяти, реализованные по «металл-оксид-полупроводпик» технологии и широко применяющиеся в системах телеметрического контроля объектов космического, воздушного, морского и наземного базирования как гражданского, так п специального назначения. В случае разрушающих воздействий внешней среды (механические нагрузки, ионизирующее излучение, высокие температуры, химически агрессивные среды) единственным носителем информации об особенностях функционирования в экстремальных условиях всего комплекса исполнительных систем объекта служат микросхемы памяти. При этом нарушение внутрикристальных коммутационных связей между отдельными функ-
Второй этап (рис. 2.3., б)) характеризуется последовательностью действий по изготовлению кросс-секции. Процесс грубой ионной фрезеровки осуществляется при токах ионного луча в диапазоне 500СН-20000 пА и зависит от геометрических размеров обрабатываемой области.
Особенностью процесса является последовательное сканирование поверхности микроскопами. Данное действие определяется необходимостью нейтрализации электронным лучом положительного заряда, накапливаемого в результате ионной бомбардировки.
Тонкая полировка плоскости кросс-секции осуществляется по завершению операции при токах ионного луча в диапазоне 10СН-300 пА.
На этом этапе выполняется регистрация изображения полученной кросс-секции сканирующим электронным микроскопом под углом 52°.
Третий этап является промежуточным.
На четвертом этапе (рис. 2.3., г)) осуществляется сканирование и получение изображения кросс-секции сканирующим ионным микроскопом под углом 52°.
Дальнейшие действия зависят от цели исследований. Возможны: дополнительная полировка кросс-секции; активная обработка с помощью газовой инжекционной системы.
Данная методика использовалась для анализа особенностей реализации энергонезависимой памяти кристаллов микроконтроллеров типов Picl2C508a, Picl6F84a и создания локального косого шлифа в области формирования полупроводниковой структуры транзисторов с р и п - типами проводимости.
На рис. 2.4 приведено изображение кросс-секции энергонезависимой электрически перепрограммируемой ячейки памяти однокристального микроконтроллера Picl6F84a, сделанная вдоль словарной и разрядной шин. Изображение получено с помощью сканирующего электронно-ионного микроскопа Nova 600 NanoLab под углом 52°.
Рис. 2.4. Изображение кросс-секции энергонезависимой электрически перепрограммируемой ячейки памяти однокристального микроконтроллера Рю16Р84а.
а) разрядные шины;
б) поликремниевые “плавающие” затворы;