Развитие методов атомно-силовой микроскопии для контроля электрических и электрофизических параметров объектов микроэлектроники

• Автор: Коровкина, Наталья Михайловна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Введение.
Глава 1. Анализ современных зондовых методов диагностики электрического потенциала поверхности гетерогенных объектов.

1.1 Электроннозондовая микроскопия

1.2 Атомносиловая микроскопия

1.2.1 Контактная атомносиловая микроскопия.

1.2.2 Колебательные методики атомносиловой микроскопии.

1.2.3 Полуконтактный метод атомносиловой микроскопии.

1.2.4 Микроскопия электростатических сил

Глава 2. Методики измерения электрического потенциала на поверхности гетерогенных объектов.

2.1 Измерение электрического потенциала в электроннозондовом тестере

2.1.1 Устройство эиергоанализатора

2.1.2 Проведение стробоскопических измерений электрического потенциала в электроннозондовом тестере.
2.2 Аппаратура для контроля электрического потенциала поверхности гетерогенных объектов на основе электроннозондового тестера
2.3 Измерение электрического потенциала методом атомносиловой микроскопии.
2.4 Аппаратура для контроля электрического потенциала поверхности гетерогенных объектов на основе атомносилового микроскопа
2.5 Формирование тестовых структур и подготовка гетерогенных объектов для проведения измерений методами электроннозондовой и атомносиловой микроскопии.
2.5.1 Описание тестовых структур
2.5.2 Подготовка гетерогенных объектов для анализа с помощью электроннозондовой и атомносиловой микроскопии.
2.5.2.1 Технологические методы удаления корпусов микросхем, защитноизолирующих и металлических покрытий.
Глава 3. Исследование зондовыми методами гетерогенных объектов.
3.1 Измерение электрофизических параметров различных материалов и структур методами атомносиловой микроскопии.
3.1.1 Измерение работы выхода различных материалов.
3.1.2. Измерение типа проводимости.
3.1.3 Расчет концентрации электрически активных примесей.
3.2 Измерение электрического потенциала на поверхностях и сколах
многослойных структур
Глава 4. Измерение логического состояния микросхем памяти.
4.1 Виды микросхем памяти.
4.2 Оценка чувствительности и локальности методов электростатической силовой микроскопии и зонда Кельвина
4.3 Методика определения логического состояния ячеек памяти и
.
Выводы по работе
Список литературы


Экспериментально установлено, что при исследовании ячеек памяти полупроводниковых интегральных микросхем определение их логических состояний, характеризуемых наличием электрического заряда, может осуществляться с помощью АСМ в Кельвин-моде без удаления с поверхности диэлектрических слоев и нарушения хранимой информации в логической ячейке. Глава 1. Для полупроводниковых материалов, структур и элементов интегральных микросхем (ИМС) важнейшей характеристикой является стационарное и динамическое распределение поверхностного электрического потенциала, определяемое с высокой степенью локальности. Наиболее адекватно этому требованию отвечают электронно-зондовая микроскопия (ЭЗМ) и атомносиловая микроскопия (АСМ), позволяющие проводить исследования на микронном, субмикронном и нано уровнях. В основе метода электронно-зондовой микроскопии лежит явление испускания твердыми телами вторичных электронов при их бомбардировке пучком первичных электронов (ПЭ). ВЭЭ). В результате взаимодействия электронного зонда с поверхностью твердого тела возникает ряд эффектов, проиллюстрированных на рис. Поскольку вторичная электронная эмиссия является базовым принципом формирования контраста (в том числе и потенциального) в растровом электронном микроскопе, рассмотрим подробнее ее основные характеристики применительно к рассматриваемой проблеме. Измерение потенциала поверхности с использованием электронно-зондовых методов основано на изменении тока вторичных электронов в системе мишень-коллсктор, обусловленного изменением разности потенциалов между ними. Спектр эмиссии электронов при бомбардировке поверхности твердых тел ускоренными первичными электронами можно условно разделить на несколько областей, включающих область истинно вторичной эмиссии, область эмиссии Оже-электронов, область неупруго рассеянных электронов, область плазмонных потерь энергии и область упруго рассеянных электронов. Вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ) является основой формирования различных режимов контраста в растровом электронном микроскопе. Кроме того, ВЭЭ характеризуется определенным распределением электронов по энергиям, типичный вид которого приведен на рисунке 2. Рис. ЛЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ'. ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ'Л///'/'. ЛЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ'Л'/Л'УД'/'/А'УХХ, ЛЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ'? ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ//'^/({/. Гчч^^'Л\чХ^\<^^^5^ч^<Хч^^^^Л*'Л^? Рис. Указанное энергетическое распределение можно разбить на три характерных области, определяемые природой появления вторичных электронов. В нашем случае, нас будет интересовать область низкоэнергетических электронов, спектр которых ограничен эВ («истинно вторичные электроны»). Их распределение по энергиям характеризуется максимумом вблизи 2. В и резким, близким к экспоненциальному, спадом интенсивности. Следует отметить, что именно в этом энергетическом интервале сосредоточена большая часть эмитируемых образцом вторичных электронов. Очевидно, что в зависимости от разности потенциалов между эмиттером вторичных электронов (исследуемый образец) и коллектором число регистрируемых медленных (истинно вторичных) электронов будет изменяться, что является предпосылкой для формирования потенциального контраста. При этом предполагается, что изменение потенциала поверхности значительно меньше энергии первичных электронов и можно не учитывать зависимости коэффициента ВЭЭ от энергии первичных электронов. Для морфолого-топологического анализа поверхности объектов, имеющих области с низкой проводимостью (диэлектрики), статического и динамического контроля интегральных микросхем (ИМС) в режиме электрического потенциального контраста с высоким пространственным разрешением используют низковольтные электронно-зондовые тестеры. На рис. Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» (СПбГЭТУ). Принцип работы РЭМ состоит в следующем: нагретый катод эмитирует электроны, которые ускоряются разностью потенциалов между катодом и анодом (ускоряющее напряжение). Вокруг источника электронов находится цилиндр Венельта с апертурным отверстием напротив вершины катода.