Неразрушающие высоколокальные методы электронно-зондовой диагностики приборных структур микро- и наноэлектроники

• Автор: Орликовский, Николай Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1.

Основные закономерности взаимодействия электронного зонда с твердым телом

§1.1. Упругое и неупругое рассеяние электронов

§ 1.2. Пробеги электронов и потери энергии при рассеянии

1.2.1. Функция потерь энергии

1.2.2 Сравнительный анализ пробегов электронов средних энергий в различных мишенях

§ 1.3. Информационная глубина и контраст изображений в режиме отраженных

электронов РЭМ

1.3.1 Два метода визуализации подповерхностных микроструктур в

1.3.2 О контрасте изображений в режиме отраженных электронов
§ 1.4. Распределение ОРЭ по энергиям как функции глубины и угла выхода
1.4.1. Связь энергии ОРЭ и глубины их отражения
1.4.2. Зависиости распределений по энергиям и глубинам выхода от углов
детектирования
§1.5. Обоснование выбора тороидального спектрометра для целей микротомографии в
отраженных электронах
Глава 2.
Физические обоснования методов спектроскопии и нанотомографии в обратнорассеянных электронах
§2.1 Пространственное разрешение в режиме отраженных электронов
2.1.1. Размытие электронного зонда в твердотельной мишени и глубина выхода
отраженных электронов
2.1.2 Оценки латерального разрешения режима ОЭ в зависимости от энергии
первичных электронов
§2.2 Решение обратной задачи повышения пространственного разрешения в режиме
отраженных электронов в РЭМ
2.2.1 Экспериментальное определение диаметра электронного зонда
2.2.2 Результаты моделирования экспериментов по реконструкции размытых
изображений

§2.3 Определение полной энергии отраженных электронов в зависимости от углов
падения и выхода. Оптимизация полупроводниковых детекторов в РЭМ
2.3.1 Средняя энергия ОРЭ как функция угла выхода электронов
2.3.2 Расчет сигнала полупроводникового детектора для моноэнергетических
электронов
2.3.3 Расчет детектируемого сигнала для отраженных электронов 70 §2.4 Контраст изображений в режиме детектирования отраженных электронов в
сканирующей электронной микроскопии и микротомографии
2.4.1 Контраст изображений в режиме детектирования ОЭ при использовании
кремниевого р-п детектора
2.4.2 Контраст изображений в электронной микротомографии
Глава 3.
Экспериментальная реализация диагностической электронной нанотомографии и спектроскопии в РЭМ
§3.1 Устройство электронно-зондового диагностического нанотомографа
3.1.1 Устройство прибора и методики эксперимента 87 §3.2 Демонстрационные примеры микротомографической дигностики трехмерных
интегральных микросхем
§ 3.3 Спектроскопия вторичных и отраженных электронов в РЭМ
3.3.1 Особенности электронной спектроскопии в РЭМ
3.3.2 Восстановление истинных спектров отраженных электронов с учетом
аппаратной функции спектрометра
§3.4 Спектроскопия вторичных электронов. Мониторинг потенциального рельефа и
локально легированных участков полупроводников
§3.5 Методы электронно-индуцированного потенциала и тока в бесконтактной диагностике электрических барьеров полупроводниковых материалов и микроэлектронных структур
Заключения и выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность и общая характеристика работы. В последние годы заметно проявляется тенденция перехода от микро- и нанотехнологиям, и, как следствие, например микроэлектронные устройства все чаще замещаются наноэлектронными приборными структурами. В свою очередь развитие наноэлектроники требует сопровождения адекватными высоколокальными неразрушающими методами диагностики, позволяющими решать вопросы дефектоскопии, контроля качества, физики отказов соответствующих новых изделий.
Одним из эффективных базовых методов субмикронной диагностики является сканирующая электронная микроскопия с ее нанометровым пространственным разрешением и богатым набором детектируемых сигналов. Но традиционные стандартные режимы работы растрового электронного микроскопа (РЭМ) уже не обеспечивают комплексной диагностики приборных структур микро- и наноэлектроники, которая требует специфической информации как о трехмерном строении (топологии) объектов, так и об их локальных электрофизических характеристиках. В настоящее время становятся все более востребованными электронно-зондовые бесконтактные и неразрушающие методы и аппаратура для одновременного определения и контроля все большего числа параметров вновь создаваемых приборных структур, а также количественной характеризации этих параметров.
В настоящей работе детально изучены информационные возможности традиционных методов диагностики микроструктур в РЭМ, и на основе анализа этих методов намечены пути их дальнейшего совершенствования и развития. Разработан также ряд новых оригинальных методов диагностики, причем основное внимание уделено вопросам комплексного физического тестирования, т.е. одновременному контролю по многим информационным параметрам, как топологических, так и электрофизических. Такое комплексное универсальное исследование дает несомненное преимущество, т.к. обеспечивает возможность получения максимально достоверной информации от ряда сигнальных откликов при одном сканировании объекта.
С помощью смоделированных распределений по энергии и глубинам были определены и максимальные глубины выхода гтах ОРЭ. Эти максимальные глубины выхода, согласно уравнению (1-29), пропорциональны длинам пути х электронов в твердом теле, причем электроны с малыми углами выхода д имеют наиболее значительные глубины выхода л : например, при угле д = 0° величина гтах = х/2. Поэтому на Рис. 1.10 представлено количественное сравнение между максимальными глубинами выхода и длиной пути х/2 из соотношения «энергия - длина пути» по формуле Бете.
Наблюдается прямая зависимость между гтш и длиной пробега по формуле Бете при малых потерях энергии. При более высоких потерях энергии вследствие усиленного многократного рассеяния происходят сдвиги в зависимости от максимальных глубин выхода и путей пробега, рассчитанных по формуле Бете: уменьшаются значеняй таких глубин.
1.4.2. Зависиости распределений по энергиям и глубинам выхода от углов детектирования
Как показано в работе [29], изменяя угол падения у/ при детектировании электронов в РЭМ, можно получать изображения от разных уровней. Уэллс [23] экспериментально показал, что используя малый угол падения, определяемый относительно поверхности, и при малом угле детектирования можно отображать приповерхностную информацию об образце, тогда как изображения при больших углах падения содержат информацию со всех глубин.
В работе [29] в качестве дополнительной меры была предпринята селекция ОРЭ по углу выхода . Для этого полупространство над образцом было разделено на интервалы по 10° и в каждом из этих интервалов регистрировалось распределение сРт]/(1Ес1г. Оказалось, что наибольших глубин г выходят электроны, покидающие образец под малым углом выхода Я-