автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Аппаратура и методы электронно-зондового тестирования интегральных микросхем в режиме вторичной электронной эмиссии

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

т-0-:-

2 1 ■ ИР На пРавах рук0™011

Вълков Ивелин Цветанов

АППАРАТУРА И МЕТОДЫ ЭЛЕКТР0НН0-30НД0В0Г0 ТЕСТИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ В 'РЕЖИМЕ ВТОРИЧНОИ ЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ

Специальность: 05.27.01 - Твердотельная электроника,

микроэлектроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном

Научный руководитель:, доктор технических наук профессор Таиров D.M. кандидат физико-математических наук доцент Лучинин В.В.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук гл.науч.сотр. Дюков В.Г. кандидат физико-математических неук ст.науч.сотр. Ченцов JD.B.

Ведущая организация - РНИИ "Электронстандарт"

Защита диссертации состоится "2.2 " и _1994 г.

в |^^асов на заседании специализированного совета К 063.36.10 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

электротехническом университете

Автореферат разослан

1994 Г.

Ученый секретарь специализированного совета

Окунев Ю.Т.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теиы. В настоящее время имеется устойчивый интерес к электронно-зондовой аппаратуре для исследования твердого тела на микронном и субмикронном уровнях. На основе принципов растровой электронной микроскопии (РЭМ) для твердотельной электроники разрабатываются бесконтактные неразру-шавдие методы диагностики микроэлектронных структур, включая динамическое тестирование интегральных микросхем (ИМС). Это стимулировано, прежде всего, необходимостью повышения оперативности разработок, прогнозирования надежности изделий и повышения достоверности информации о причинах отказов полупроводниковых приборов и ИМО. Данная техника ориентирована на выявление ошибок, допущенных как при проектировании, так и на этапе создания ИМО, что позволяет осуществлять оперативную коррекцию проектной и технологической стадий, а в перспективных моделях электронно-зондовой аппаратуры, в интеграции с ионным пучком, обеспечивать восстановление изделий или коррекцию их параметров.

Основным режимом наблюдения объектов в РЭМ является ре-ким вторичной электронной эмиссии (ВЭЭ). До сих пор количественные методы измерения поверхностнного электрического потенциала в режиме ВЭЭ находятся в стадии развития. Основные трудности -количественной оценки поверхностных потенциалов определяются неоднозначным влиянием локальных электрических и магнитных полей, морфологически?,а и физико-химическими особенностями объектов, эффектами, связанными с модификацией электрофизических свойств поверхности твердого тела вследствии облучения электронным пучком. Проблемы, связанные с различными условиями выхода вторичных электронов, контаминации поверхности и малого отношения сигнал/шум информационного сигнала, определяют возможность получения ошибки в ходе измерений до единиц вольт'.

"В условиях преодоления "субмикронного рубеяа", а также при создании сверхскоростных ИМС актуальной является задача дальнейшего развития электронно-зондовых методов и аппаратуры для контроля поверхностных электрических потенциалов в статическом и динамическом рекимах с целью повышения достоверности тестирования реальных микроэлектронных« объектов,

уменьшения времени поиска отказов.

Цель работы* Целью диссертационной работы является разработка и создание электронно-зондовой диагностической аппаратуры, методик и алгоритмов для субмикронного статического и динамического контроля полупроводниковых приборов и ИМС в режиме вторичной электронной эмиссии, основанного на анализе топографического, физико-химического и электрического потенциальных контрастов.

Дня достижения поставленной цели-в диссертационной работе решались следующие основные задачи:

- анализ методов выделения потенциального контраста на поверхности гетерогенных микроэлектронных объектов в режиме ВЭЭ и определение аналитических возможностей коллекторно-анализирующих систем (КАС); -

- разработка конструкции КАС и оптимизация ее парамеров методами математического и физического моделирования, для исследований спектра ВЭЭ с повышенными требованиями к чувствительности и энергетическому разрешению;

- разработка системы стробирования электронного зонда для диагностики быстродействующих /МС;

- разработка методик электронно-зондового контроля параметров ИМС в статических и динамических режимах работы.

Метода исследования. Основные результаты работы получены на базе использования физических основ взаимодействия электронного пучка с твердым телом, методов математического и физического моделирования электронных потоков в стационарных электростатических и магнитных полях» методов функционального анализа, теории цепей и сигналов, статистической теории информации, методов структурного и системного программирования.

Научная новизна работы:

1. Предложена конструкция электронно-оптической системы для аппаратуры неразрушающего контроля микроэлектронных структур в режиме ВЭЭ при низких ускоряющих напряжениях

кВ) с высоким пространственным разрешением (~0,1 мкм), обеспечивающая чувствительность к электрическому потенциалу, в статическим режиме, на уровне мшшвольт.

2. Предложена конструкция энергоанализатора порогового

•з

типа, встроенного в объективную линзу, представляющая собой аксиально-симметричную коллекторно-анализирующую систему с анализом электронов по полной скорости, обеспечивающая высокое пространственное и энергетическое разрешение и позволяющая проводить исследования на уровне пластин.

3. Предложена конструкция тракта детектирования вторичных электронов (ВЭ), позволяющая избежать ряда нелинейных преобразований при обработке сигнала вторичной электронной эмиссии, и значительно уменьшить влияние шумов и искажений в динамическом режиме наблюдений.

4. Предложена конструкция специализированного импульсного генератора для системы гашения луча в стробоскопическом режиме работы электронно-зондовой аппаратуры при динамической диагностике ИМС, обеспечивающая временное разрешение не хуже 100 пс.

Практическая значимость работы:

Создан автоматизированный электронно-зондовый комплекс для диагностики и анализа отказов ИМС в статическом и динамическом режимах, соответствующий перспективным требованиям процесса разработки-и производства микроэлектронных приборов. В созданном комплексе:

1. Разработано аппаратное и алгоритмическое обеспечение для контроля и тестирования полупроводниковых приборов и ИМС в режиме ВЭЭ в статике и динамике.

2. Реализована КАС порогового типа, встроенная в объективную линзу,позволяющая проводить контроль микроэлектронных структур в режиме ВЭЭ в диапазоне рабочих напряжений ±15 В.

3. Реализован тракт регистрации сигнала в режиме счета электронов, позволяющий повысить временное разрешение и соотношение сигнал/шум при динамических исследованиях.

4. Реализован специализированный импульсный генератор для системы гашения луча в стробоскопическом режиме работы электронно-зондового комплекса с времешшм разрешением не хуже 100 пс.

5. Разработана и реализована система фильтрации, обработки и хранения изображения, позволяпцая сократить время взаимодействия электронного зонда с объектом и в значительной степени снизить дозу его облучения.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Применение метода счета вторичных электронов при-регистрации потенциального контраста в динамическом режиме исследований ИМС позволяет уменьшить число промежуточных нелинейных преобразований сигнала вторичной электронной эмиссии, улучшить временные и энергетические параметры тракта регистрации и соотношения сигнал/шум.

2. Высокое пространственное и энергетическое разрешение в режиме вторичной электронной эмиссии обеспечивает' конструкция анализатора, встроенного в объективную линзу электронно-оптической системы, представляющего собой аксиально-симметричную коллекторно-анализирующую систему порогового типа, с анализом электронов по полной скорости.

3. Основным фактором, ограничивающим чувствительность и определяющим погрешность электронно-зондового Метода измерения поверхностного электрического потенциала в условиях .традиционных вакуумных систем, является процесс взаимодействия электронного пучка с веществом, приводящий к локальной модификации электрофизических и физико-химических свойств поверхности твердого тела и вызывающий значительное изменение спектра ВЭЭ. ..

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

- Международной конференции "Микроэлектроника-90" (Болгария, г. Варна, 1990 г.),

- VII Всесоюзном симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел "РЭМ-91" (г. Звенигород, 1991 г.),

- VIII симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел "РЭМ-93" (Черноголовка, 1993 г.),

- трех конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы статья и тезисы к двум конференциям.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четыре* глав с выводами, заключения и списка литературы, включающего 79 наименований. Основная часть работы изложена

на 93 страницах машинописного текста. Работа содержит 43 рисунка и 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности теш диссертации, сформулирована цель и определены основные задачи исследования, приведено краткое содержание работы, ее практическая и научная значимость, сформулированы положения, выносимые на защиту.

Первая глава "Анализ методов выделения потенциального контраста в растровом электронном микроскопе" носит обзорный характер и-посвящена вопросам выделения и получения потенциального контраста в РЭМ.

В начале главы вводятся некоторые основные характеристики ВЭЭ, рассматриваются особенности спектра ВЭ. Описан процес. возбуждения, генерации и выхода электронов с поверхности твердого тела, особености энергетического и углового распределения. Проведен сравнительный анализ методов электронной спектроскопии. Более подробно рассмотрены вопросы, связанные-, с энергетическим разрешением, чувствительностью, порогом чувствительности и- передаточными характеристиками различных типов НАС. Особое внимание уделено методам выделения потенциального контраста пороговыми энергоанализаторами и возможности получения количественной информации путем регистрации сдвига энергетического спектра ВЭЭ с изменением потенциала эмитирующей точки.

Показано, что конструкция КАС для исследования микроэлектронных объектов в режиме ВЭЭ с выделением электрического потенциального контраста должна удовлетворять ряду требований:

- высокое энергетическое разрешение анализатора и его нечувствительность к изменению углового распределения электронов;

- невосприимчивость к высокоэнергетичным вторичным электронам, не несущим информации о потенциальном рельефе;

- обеспечение максимального телесного угла сбора медленных электронов;

б

- возможность работы й широком диапазоне энергий электронного зонда с минимальными искажениями его геометрии;

- обеспечение максимального поля зрения с однородной чувствительностью к электрическому потенциалу;

- наличие однородного вытягивающего поля над объектом с целью минимизации влияния локальных микрополей и увеличения вппертуры сбора ВЭ.

Дополнительными требованиями к коллектору являются простота конструкции, а также форма и размеры, позволяющие размещать КАС в камере микроскопа без значительного увеличения рабочего отрезка объективной линзы.

Анализ показал, что наиболее приемлемой конструкцией КАС для выделения потенциального контраста и исследования микроэлектронных объектов в режиме; ВЭЭ является аксиально-симметричная коллекторно-анализирующая система порогового типа, с анализом электронов по полной скорости, встроенная в объективную линзу электронно-оптической системы.

В конце главы рассмотрены некоторые основные факторы, обуславливающие погрешности измерений поверхностных потенциалов в электронно-зондовых установках, проанализирован вклад каждого и проведены оценочные значения погрешностей. Показано, что в условиях традиционных вакуумных систем значительна погрешность измерения и нестабильность процесса наблюдений связана с особенностями, происходящими на поверхности твердого тела в связи с взаимодействием электронного пучка с остаточной атмосферой, что приводит к наложению спектров ВЭЭ от различных веществ и искажению анализируемого спектра ВЭ. На основании анализа природы физических процессов, искажающих спектр ВЭЭ, рассмотрены возможные способы ослабления негативных факторов.

Во второй главе "Разработка и исследование энергоанализатора, встроенного в объективную линзу" представлена конструкция анализатора и принцип его работы. Осуществлены оптимизация параметров, анализ передаточной характеристики, рассмотрены режимы работы КАС.

Показано, что предложенный вариант энергоанализатора наиболее п^.тно удовлетворяет требованиям метода выделения потенциального контраста. Параметры объективной системы со

встроенной КАС определялись на основе анализа результатов многовариантного физического и математического моделирования. Рассмотрены варианты изменения рабочего отрезка объектива с изменением положения вытягивающего электрода относительно исследуемой поверхности на 1, 2, 5, 10, и 15 мм с целью определения возможности введения зондовой карты для тестирования пластин. Решались следующие задачи:

- нахождение условия одновременной фокусировки первичлиго пучка и потока ВЭ;

- расчет траектории движения электронов и анализ диаграмм восприятия для различных режимов работы КАС;

- выяснение причин и анализ нестабильности получаемых результатов во времени;

- проведение адекватной оценки аппаратных возможностей двух методов регистрации ВЭЭ: режима измерения интегрального тока и режима счета электронов.

Задача нахождения условий одновременной фокусировки первичного и вторичного электронных пучков в заданных точках при различных условиях решалась на основе уравнений движения электронов в статических электрических и магнитных полях при заданных.начальных условиях движения (задача Коши).

Ток фокусирующей магнитной катушки .1, вытягивающий потенциал УЕ и энергия пучка первичных электронов Ер подбирались таким образом, чтобы обеспечить одновременную фокусировку первичного^ пучка в точке пересечения оси системы с исследуемой поверхностью, а вторичного пучка в центр сфер порогового энергоанализатора.

В результате исследований были найдены условия одновременной фокусировки. Показано, что при этом для разных «Г, УЕ, Ер в интересующей нас области значений и для конкретной конструкции КАС должно сохраняться постоянным эмпирическое соотношение: УБ /(7В + Е^) а 0,65 .

Методика позволяет наблюдать прохождения упругоотражен-ных электронов в анализаторе и оценивать астигматизм системы фокусировки ВЭ. Имеется возможность непосредственного наблюдения за тем, какие электроны по энергиям и по углам вылета достигают сеток анализатора. Это позволило получить даагрвмму восприятия разработанной конструкции КАС.

Анализатор доказал свою работоспособность и были получены кривые задержки, представляющие собой зависимость регистрируемого сигнала от напряжения на анализирующем электроде. Однако, при проведении серии исследований реальных ИМС средней степени интеграции, имели место неустойчивость результатов и неудовлетворительно высокая погрешность определений потенциалов. С целью выяснения причин такой неустойчивости была проведена серия экспериментов, в которых вместо неустойчивого источника ВЭ, возбуждаемых электронным пучком, использовался точечный термоэмиссионный источник и исследовался его спектр. Ставилась' цель получить собственную передаточную характеристику анализатора, оценить ширину аппаратной функции на ее полувысоте и разрешение, чувствительность и порог чувствительности, диапазон рабочих напряжений и допустимую погрешность проводимых измерений.

При многократном повторении Процесса снятия кривых -задержки при исследовании термоэмиссионного источника были получены довольно стабильные, хорошо воспроизводимые результаты. Исследования показали, что основным фактором нестабильности, ограничивающим чувствительность и определяющим погрешность элекзронно-зондового метода определения электрического потенциала, является процесс взаимодействия электронного пучка с веществом, приводящий к локальной модификации электрофизических и физико-химических свойств поверхности и вызывающий изменение спектра ВЭЭ. Доминирующим фактором нестабильности является контаминация поверхности, так как электронное облучение в присутствии остаточной атмосферы, как правило, сопровождается сравнительно быстрым ростом пленки с образованием углеродных и окисло-содержащих слоев.

Третья глава "Аппаратно-программный комплекс для тестирования ШС" посвящена созданию электронно-зондовой аппаратуры для исследования объектов твердотельной электроники в режиме ВЭЭ. По функциональным признакам в предложенной структурной схеме комплекса можно выделить следующие основные блоки и модули, связанные между собой и взаимодействующие как единная система:

- электронно-оптическая колонна и камера для образцов;

- видеоконтрольное устройство (ВКУ), включающее: блок

— ВКУ

—ЭВМ-------------------------

¡САПР

Управл. столика

Управл. вакуум системы

Строб Елок

генератор синхрон.

БИИТ

БСЭ

Управл. КАС

Структурная схема- электронно-зондового комплекса для тестирования ИМ С

управления токами линз, генератор развертки, блок предварительной обработки видеосигнала, процессор изображения, видеопамять, монитор с двумя монохромными экранами;

- блок страбирования зонда со строб-генератором;

- блок обработки сигнала ВЭЭ с блоком управления КАП:

- ЭВМ, осуществляющая управление всего комплекса.

С целью получения оптимального источника электронов для применения в низковольтных системах использовалась система формирования зонда, включающая трехэлектродную пушку, постоянно работающую при высоком напряжении экстрагирования (5 кВ) с электростатической, замедляющей конденсорной линзой. Комбинированная конденсорная линза имеет достаточно низкие коэффициенты осевой аберрации, что в итоге позволяет получить электронный зонд диаметром 0,1 мкм при токе более 2-2,5 нА в диапазоне энергии 0,5-3,0 кэВ.

Рабочая камера аппаратуры обеспечивает размещение пластин диаметром до 150 мм. При необходимости предусмотрена возможность снятия боковых стенок с целью добавления модуля загрузки, системы манипуляторов, тестирующих головок ш зондовых карт. -Система позиционирования предметного столика представляет собой конструкцию, позволяющую осуществлять перемещения по оси х и у ±75 мм и по оси z tZO мм с вращением по оси z на ±180°. Перемещение столика обеспечивается системой прецизионной кинематики и шаговыми двигателями, управляемыми ЭВМ. Вакуумная система состоит из насоса для предварительной откачки и гетероионного насоса, создающих вакуум порядка 10~?..10~s Па. Работа вакуумной системы управляется специализированным контроллером.

В видеоконтрольном устройстве (ВКУ) имеются два- экрана для непосредственного наблюдения объектов. Отображаемая информация на экранах ЭЛТ поступает с блока обработки видеоизображения (БОВИ), который включает: АВД видеосигнала, цифровое арифметическое устройство, схему обработки видеоизображения с буфферным оперативным запоминавдим устройством (ОЗУ) для одного кадра 512^512 точек в 256 градациях серого, схему управления видеопамяти, схему ЦАП и формирователя комплексного телевизионного сигнала, подаваемого на экраны ЭЛТ монитора, схему управления и развертки растра в ЭЛТ.

Блок памяти объемом 1 МБ позволяет осуществлять запись, считывание и одновременное хранение до четырех кадров 512x512 элементов в 256 градациях. Предусмотрена возможность наращивания объема памяти и/или изменение ее организации.

Кроме прямого доступа к памяти со стороны БОВИ, возможен доступ и со стороны ЭВМ, что позволяет осуществлять'вывод информации, на монитор ЭВМ в псевдоцветах, запись информации в накопительных устройствах для долговременного хранения и создания архива, дополнительную обработку с применением мощных вычислительных средств (прямые и обратные преобразования Фурье, нахождение автокореляционной функции, определение гистограммы яркости, некоторые специальные приемы фильтрации).

Генератор развертки состоит из синхрогенератора, схемы формирования цифровой развертки, буферных усилителей строчного и кадрового сигнала и позволяет:

- получить увеличение изображения в 10...300000 раз;

- осуществить вращение растра и частичную компенсацию наклона образца;

- реализовать работу в режиме "электронная лупа";

- обеспечивать возмогшую синхронизацию развертки с частотой сети питания измерительного комплекса с целью уменьшения влияния паразитных помех;

- поддерживать аппаратао от 16 до 4096 точек в растре по строке: и кадру;

- обеспечивать управление фотодисплеем, состоящим из ЭЛТ высокого' разрешения, для вывода информативна фотопленку.

Система прерывания электронного зонда включает электростатическую систему отклонения с аксиально неоднородным ' полем и диафрагмой, а также спеизс,газированный строб-генератор. Предложено оригинальное схемное решение и конструкция специализированного, импульсного генератора, управляемого ЭВМ. Генератор оформлен как отдельный модуль и по внутреннему, для всего измерительного комплекса, каналу связи взаимодействует с ЭВМ. С двух его выходов по линиям с распределенными параметрами сигналы поступают на колонну электронно-зондового комплекса, где- в непосредственной близости к электродам электростэтичес«п' о отклонения формируется строб-

импульс. Схема вычитания импульсов (схема антисовпадения) согласовывает, усиливает и обостряет фронты результирующего сигнала, поступающего на электроды.

Нетрадиционное решение предложено для системы регистрации сигнала детектируемых ВЭ. Обычно используются детекторы Эверхарта-Торнли, либо детекторы на микроканальных умножи-тельных пластинах. При этом получаемые с выхода ФЭУ импульсы. накапливаются в интеграторе и сигнал регистрируется в аналоговом виде (как интегральный ток). При дальнейшей обработке сигнала, с применением вычислительных средств, аналоговый сигнал вновь представляется в дискретном виде. В результате этих двойных нелинейных преобразований сигнал искажается. В настоящей работе реализован режим счета электронов, попадающих на сцинтилятор с целью получения лучшего соотношения сигнал/шум, что особенно важно при проведении динамических исследований. В системе регистрации использованы: специальный сцинтилятор и "ФЭУ-130" с временем восстановления порядка 2...4 не, широкополосный усилитель с регулируемым усилением и компаратор-формирователь импульсов с регулируемым порогом срезания шумов.

Управление электронно-зондового комплекса осуществляется с помощью ЭВМ верхнего иерархического уровня типа IBM ■PC/AT, Специализированным адаптером она управляет несколькими контроллерами, находящимися на промежуточном иерархическом уровне и связанными в единном внутреннем информационном канале стандарта И-41. На нижнем уровне управления находится система регистров обмена информации всего аппаратного комплекса и множество исполнительных подсистем. При помощи адаптера ЭВМ верхного уровня осуществляет адресацию Портов, реализует систему прерываний от аппаратной части, засылает и считывает информацию в регистрах. ЭВМ верхнего уровня включает в себя: накопители на гибких и жестком дисках, контроллер для сопряжения с САПР, блок генератора тестовых сигналов и нагрузок для симмуляции цепей при тестировании ИМС.

Программное обеспечение электронно-зондового комплекса позволяет работвть в гяогооконном интерактивном режиме и обеспечивает управление всеми параметрам! и узлами исследовательской системы, сбором и обработкой информации согласно

заданным алгоритмам.

Совокупность полученных экспериментальных результатов по анализу кривых задержки при выделении потенциального контраста на поверхности микроэлектронных объектов, а также реализация аппаратного комплекса с сответствующим программ--ным обеспечением позволили перейти к тестированию конкретных микроэлектронных объектов.

В четвертой главе "Методы тестирования ИМС в режиме вторичной электронной эмиссии"• проведен анализ методов электронно-зондового контроля и измерения параметров микро-длектронных изделий.в режиме потенциального контраста. Представленная ниже таблица отражает классификацию используемых методов:'

Методы исследований Получаемая информация

Качественные 1. Статическое изображение потенциального контраста 2. Телевизионное изображение потенциального контраста 3. Стробоскопическое изображение потенциального контраста 4. Кодирование напряжений 5. Логическая картина 6. Логическая диаграмма состояний 7. Логическая диаграмма в реальном масштабе времени Изображение 0(х,у) Последовательность изображений и(х, у,1) Изображение и(х,у,<,ра) Изображение 1}(х,у, (р(х} Изображение и(х,у0,ср; Изображение и(х±,ух,ц>) С'1-1.2.....п) Диаграмма и(х0,у0Л)

Количественные 8. Измерение потенциала в точке 9. Метод дискретизации Значение 11(хд,у0) Диаграмма и(х0,у0,<р) (или и(х0,у0

Примечание: У-электрический потенциал; х, у ~ координаты местоположения; ср-фаза; t-время.

В работе реализованы три основных направления тестирования: статическое тестирование, динамическое тестирование, измерение статических и динамических электрических потенциалов в точке.

В основу методов тестирования ИМС были положены два основных принципа:

1. Сопоставление изображения с эталоном, в котором ре-, вультат определяется вычитанием двух изображений;

2. Метод покадрового сравнения логических состояний, в котором на основе заданных уровней потенциалов "1" и "0я -соответственно, логически прослеживается совокупность их изменения в выбранных точках путем сравнения с эталоном.

Метод сопоставления с эталоном основывается на простом вычитании двух изображений для поиска и обнаружения дефектов. Он позволяет осуществлять контроль внешнего вида кристаллов ИС и выделять некоторые дефекты (царапины, сколыг инородные частицы и пр. топологические особенности), не нарушающие функционирования схемы, но влияющие на ее надежность и срок, службы.

Установлено,- что корректное применение первого подхода требует выполнения, по крайней мере, двух обязательных условий. Во-первых, значимые различия в изображениях должны быть •обусловлены лишь дефектами. Во-вторых, выбор пороговых■'значений в общем случае основывается на оптимизации вероятностей пропуска дефектов и ложных тревог и требует знания распределения шумов и дефектов по яркости и площади.

Выявлены основные недостатки первого метода: большая чувствительность к изменению параметров изображения (яркость, контраст), необходимость точного позиционирования и совмещения изображений, а также большое количество обрабатываемой ш^ЗЕррмации. Данный метод позволяет сравнивать изображения, полученные в соответствии с пунктами 1...6 представленными в таблице.

Более эффективный подход для поиска дефектов основан на сопоставлении таблицы логических состояний исследуемого прибора в точках, указанных оператором, и сравнении полученной таблицы с эталонной (пункт 7 в таблице). Данный подход, по отношению к прямому вычитанию изображения, имел следующие

преимущества: уменьшение объема обрабатываемой информации, простота интерпретации результатов, уменьшение времени накопления и сбора информации.

Наряду с тестированием ИМС и- получением результатов на качественном уровне в работе реализованы количественные статические и динамические измерения поверхностных электрических потенциалов в точке. Установлено, что, в статических условиях, в соответствии с пунктом 8 таблицы возможно определение электрического потенциала о чувствительностью не хуке 1...2 мВ в диапазоне измеряемых напрякений ±10 В (энергия зонда составляла 1 кэВ, при токе зонда 1,5...2 нА). При проведении динамических исследований (пункт 9 в таблице), с временным разрешением на уровне 1 не, чувствительность определения потенциала в режиме дискретизации уменьшалась более чем на порядок.

Основные результаты и выводы:

1. Создан автоматизированный электронно-зондовый комплекс для диагностики и анализа отказов ИМС на уровне пластин и кристаллов в статическом и динамическом режимах, соответствующий. перспективным требованиям процесса разработкой производства полупроводниковых приборов.

2. Разработаны и реализованы аппаратные средства, обеспечивающие снижение дозы облучения иссладуемого объекта, уменьшение контаминации поверхности и связанных с ними негативных факторов. К этим средствам относятся:

- аксиально-симметричная КАС порогового типа для анализа электронов по полной скорости, встроенная'1 в объектив, с высоким пространственным и энергетическим разрешением (0,1 мкм и 1...2 мВ в статическом режиме;

- тракт регистрации^ сигнала в ретиме счета электронов, повышающий отношение сигнал/шум динамических исследований;

- специализированный импульсный генератор для стробирупдих систем, обеспечивающий высокое временное разрешение (не менее 100 пс);

- ВКУ с видеопамятью.

3. Разработаны методики контроля и тестирования ИМС в статических и динамических режимах-, с высокой чувствительностью к поверхностным электрическим потенциалам (1...2 мВ)

и высоким временным разрешением (100 пс).

4. Предложена методика математического и физического моделирования для создания анергоанализаторов диагностической электронно-зондовой аппаратуры.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Приставка для катодолкминисцентного анализа к растровому электронному микроскопу / И.Ц. Волков, В.Д. Гелевер, Ю.А. Демин и др. // Тезисы докладов VII Всесоюзного симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел "РЭМ-91": -Звенигород, 1991.-0.43.

2. Волков И.Ц., Демин Ю.А., Лупал М.В. Разработка аппаратуры для исследования характеристик ИМС в динамическом ре-' жиме в растройом электронном микроскопе методом потенциального зондирования//Изв. электротехн. ин-та им. В.И. Ульянова (Ленина)- СПб, 1992. - Вып.443.-С.88-93.

3. Электронно-зондовый тестер / И.Ц. Волков, Ю.А. Демин, М.В. Лупал'и др. // Тезисы докладов VIII Симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел "РЭМ-93". - Черноголовка, 1993.-á.25.

Подписано в печать 23.02.94 г. Формат 60x84 1/16. Печ. л. 1.0. Офсетная печать. Уч. изд. л... 1,0. Тираж 100 экз. Зак. N»27

Ротапринт О.-Пб. ГЭТУ 1973Т6, Санкт-Петербург, ул. Проф.Попова, 5