автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Разработка и исследование метода дифференциальных ...отоответственных изображений для диагностики дефектов полупроводниковых приборов и интегральных схем

г а а у

министерство 'народного образования республики армения ереванских пошехшнешй институт

На правах рукописи

СТЕПАНЯН СТЕПАН ХАЧАТУРОЗИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МБГ0Д& ДШЕРЕНЦЩЫШ ЮТООТВЕГШХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ДЕМКГОЗ ПСШУПРОВОДЖОШХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Специальность: 05.13.05

05.Е7.0Г

- элемента и устройства вычислительной техники и систем управления.

- твердотельная электроника' и микроэлектроника.

'автореферат

.диссертации на соискание ученой степени кандадата технических наук

3 РЕВА Н -1992

Работа выполнена в Региональном центре диагностики ВНИИ "Электронстандарт"

Научный руководитель

- кандидат технических наук,старший научный сотрудник АМАЗАСПЯН В.Н.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник АЛЕКСАНЯН А .Г.

- кандидат физико -математических наук,доцент НШАНЯН Т.А.

Ведущее предприятие- НПО "Транзистор",г.Ереван

Защита состоится"/0" 04 1992 г. в_ часов

на заседании специализированного совета К 055.03.01 при Ереванском политехническом институте по адресу: 375009 .Ереван.уд.Теряна,105.

С диссертацией можно ознокошться в библиотеке института. Автореферат разослан " 3 ". 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета к.т.н. доцент

ОЗДАЛ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОМ

Актуальность проблемы. Совершенствование системы диагностического контроля является одной из основных проилеи производства качественных и надежных полупроводниковых приборов, интегральных схем и других изцедий микроэлектроники. Существующие метода и средства контроля и диагностики дефектов полупроводкиксшх структур не позволяют ре;мть ряд актуальных проблем диагностического контроля на различных этапах разработки и производства изделий микроэлектроники. 3 частности, остаются нерешенными проблемы обнаружения и диагностики дефектов поверхностных и приповерхностных слоев кристаллов полупроводниковых приборов..

Анализ основных тенденций развития техники и технологии производства микроэлектронных изделий показывает, что большое влияние на надашость полупроводниковых приборов оказываю! и окакут дефекты, распояояевны^ на поверхности и в активных областях структур. По мере создания Съемных (трехмерных) полупроводниковых приборов эта проблема еще больше обострится. Яомшо традиционных диагностических задач локализации дефектов з плоскости поверхности кристаллов возникает проблема определения глубины залегания дефектных аномалии.

Для диагностики дефектов поверхностных и объемных слоаь полупроводников ах структур разработаны разлкчше мзтода и средства, основанные на использовании оптических, элэктрооптических и других известных физических эффектов, Оосбое место среди них занимает метод фотоотвзтшх изображений, основанный на зондировании поверхности нсследуемш: образцов о помощью светового луча и формировании двухмерного изображения фстоссвета (фотоотклика) полупроводниковых структур на экране видеоконгрольного устройства. Метод фотоответных изображения позволяет выявить дефекта рп-перэходов, поверхностных и приповерхностных кристаллов и других физических элементов полупроводниковых структур.

Зо всех- известных ¿ютоотзетных микроокопах и их модификациях для возбуждения образцов, с целью формирования фотоответных изображений, применяется один светово'Л зонд, что практически исключает возможность получения необходимой 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 фотоответт.ч.« изобра.кения,1 невозможно однозначно различить дефекты ргт-перохо^ов и дефекты приповерхностных слоев полупроводниковых структур, ¿то

значительно снижает диагностическое разрешение метода ус^оответ-ких изображений и существенно ухудаает качество диагностических исследованил с его помощью.

Д^ш зондирования глубинных слоев и обнаружения электрически активных дефектов полупроводниковых структур исследованы вариант, сканирующих лазерных микроскопов с световыми зондам 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 проблемы диагностики электрически активных поверхностных 'и объемных дефектов полупроводниковых структур с возможной их лока 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 дефоктоз полупроводниковых кристаллов в трехмерном пространстве с использованием зависимостей коэффициента поглощения и фотоответа исследуемых образцов от длины волны зондирующих светс шх лучей; • .'

- разработать принципа построения фотсответных микроскопов с использованием указанных ефректов для получения необходимой др агностической информации! . " •

. "- разработать, двухлучевой дифференциальный фотоответныЯ мш роскоп и исследовать работу его основных узлов;

- экспериментально подтвердить возможность диагностики поверхностных я объемных дефектов полупроводниковых структур с помощь» предложенного метода и соответствующих технических срэдоч

Научная новизна.

1. Теоретически обоснована возможность локализации и идент; фикации электрически активных дефектов полупроводниковых бтрукт^ в .трехмерном пространстве. ...

2. Рассчитан фотоотвотньй сигнал диффузионного рп-перехода различными моделями дефектов путем моделирования физических процессов, протекающих в дефектных рп-переходах и решения уравненш н епрерывяоо^к. ятоденншг .-методой»; ••

3. Разработана тестовая структура для исследования процессов юрмироьания инверсионных слоев с помощью метода дну черенциалышх ютоответных изобра-танил.

4. Разработаны основные принципы проектирования двухлучовых 51^еренциалышх фотоответных микроскопов на основе лазерных источников света.

5. Разработана методика локализации и идентификации дефектов поверхностных и объемных слоеч полупроводниковых материалов и структур.

6. 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.

7. Экспериментально подтверждена возможность локализации дефектов полупроводниковых структур и трехмерном пространстве методом дифференциальных фотоответных изображений.

8. Показана возможность локализации инверсионных слоев полупроводниковых прибороз с высоким пространственные разрешением.

Практическая ценность работы.

1. Разработана методика локализации и.идентификации поверхностных и объемных дефектов отказавших полупроводниковых структур.

2. Разработан двухлучавой дифференциальный фотоответный микроскоп для диагностики поверхностных и объемных полупроводниковых структур методом фотоответннх изображений,-

3. Получены соотношения для .расчета параметров схемы стабилизации мощности лазерных зондов.

4. Предложен метод повышения чувствительности и расширения динамического диапазона дифлзренциальных фоюотвётшх микроскопов путем введения перекрестной положительной (отрицательно;!) свето-злектрической обратной свчзи ь'.ежду двумя сватовыми зондами.

5. Разработана тестовая структура для моделирования и исследования дефектов поверхностных слоев кристаллов и окисннх пленок.

0. Предложен способ локализации и определения границ инверсионных слоев о высокой контрасностыо.

Использование результатов. Разработанный метод дифференциальных фотоотвэтных изображений вхлгсчен в перечень методов анализа отказов, применяемых в Рэгиональном центре диагностик ЗИТ1 "Злектронстандарт". Диагностика эксплуатационных отказов по эт-эму

методу производится с помсдыа разработанного дифференциального фотоотЕетного микроскопа.

Результаты исследований электронных блоков дифференциального фотоответиого микроскопа были использована при проведении ОКР "..'икрон-1", "Масис", "„¡онитор-^", к ц;ш "Улк", выполненных в Арта-шатском отделе ВгШ "Электронстандарт", а также при создании фо-тоотвегных микроскопов "Арташат-1" и :,12Р.П-1000-003.

Апробация работы. Результаты диссертационно;! работы докла,вывались на НТО АО ВН'ы "Электронстандарт", на 3-й республиканской конференции аспирантов Армении (Ереван, март 1969г.), на семинарах кафедры "Микроэлектроника и полупроводниковые -прибору" ЗрГК.

Публикации. По результатам исследований, вошедаих в диссертационную работу, опубликовано 6 печатных работ.

Основные положения, вшостаиэ на защиту,

I. Результаты математического моделирования фотоэлектрически: процессов, протекающих л дефектных рп-переходах.

1. Результаты теоретических исследований возможности локализации и идентификации- алеКтркчески активных дефектов полупроводнв ковых структур в трехмерном-пространстве.

3. Основы проектирования дзухлучевых дифференциальных фотоот> ветных микроскопов на база лазерных источников света.

4. Способ 'локализация инверсионных слоев полупроводниковых приборов с высокой коитрасностыэ,

5. Киненорюй штод расчета параметров схемы стабиляааци:! мощности лазерных зондов с гаданной точностью.

6. Метод повышения чувствительности и растирания диагностического диапазона дифференциальных фотоответных микроскопов путем введения положительной или отрицательной светоэлектрических обрат ных СБяаей.

7. Метедиха определения режимов работы дифференциальных фото< ответных юшройкопов р учетом характеристик исследуемых образцов и предполагаемых дефектов.

8. Результаты екопэршентальннх исследований дефектов" полупр^ водниковых структур о помощью метода'дифференциальных фотоответных и'зобракений.

■Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из ввэде кия, четырех глав, заключения, приложений,' списка литературы. 06-щий объем работы ■ (72. страниц, включая рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБСШ.

Зо введении обоснована актуальность теш, намечены основные цели и задачи исследований и разработок, изложено краткое содержание работы, научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

Первая глава содержит обзор работ, посвященных разработке и прт.(енени;я метода фотоответных изображений для контроля и диагностики дефектов полупроводниковых приборов и интегральных схем. Показано, что метод фотоответных изображения является одним из эффективных методов как для диагностики физических, так и логических и схемных элементов полупроводниковых приборов и интегральных схем. Более детально освещаются принципы конструирования фотоответных микроскопов и их отдельных блоков и узлов.

Вторая глава диссертации посвящена физическому обоснованию нового метода дифференциальных фотоотвзтных изображений для диагностики поверхностных и объемных дефектов полупроводниковых структур с более высоким диагностическим разрешением.

3 основу метода, дифференциальных фотоответных изображений лежит использование разностного фотоответного сигнала в качестве видеосигнала, формируемого в результате сравнения сигналов фотоответа каждого исследуемого элемента образца после поочередного локального возбуждения разноцветными лазерными зондами. При этом для формирования контраста изображения фотоответа используется эффект различно» глубины проникновения лазерных зондов, обусловленный спектрально.1 зависимостью фотопоглощения полупроводниковых гате-риалов_._ '

.Расчетным путем показано, что для формирования контраста изображения фотоответа по глубине необходимо использовать дифференциальный реяим регистрации фотоответнкх сигналов со включением свэ-тоэлектричестсой обратной связи. Изменение длины волны возбуадакь щего света путем смены лазерного источника (пршвнлемое в одаолу-чевых фотоответных микроскопах), не может обеспечивать формирован^.-достаточного контраста изображения фотоотвата, обусловленного отклонениями электрофизических свойств полупроводниковых структур по глубже. Изменение длины волны света в пределах эффективно.'! .гуты поглощения до 5 мкм попет привести к изменению фотоответных сигналов не более 1$, Даяэ сущестБзнноз различие в скоростьх поворхност-ностноЯ и объемной рекомбинаций но позволяет полнить контраст фотоответных изображений более 10*15^.

Дли обнаружения и локализации по трем координата:/, дефектов

полупроводниковых структур может быть использован дифференциальны.! способ фор.щрования фотоответного сигнала, основанный на регистрации и сравнеш« фотоотватов структур на воздействие световых зондоз с различными длинами-волн. Такой способ должен обеспечить повышение чувствительности фотоответных микроскопов на 1*2 . порядка. ✓

Для теоретического обоснований этого предположения сделаны соответствующие расчеты. Качественны.! анализ ситуации, когда, прг лолагаекоэ дефектное образование расположено ниже или выше заданн точки кристалла с одшакоьым уровнем фотовозбуядения (для двух разноцветных световых зондов одинаково,1 интенсивности) позволяет обосновать возможность фиксации глубины залегания дефектной анома лии цухем регистрация разностного фотоответного сигнала, в частно ■гн, выделить поЕорхностпыа да рента на фоне объемных дефектов с од наковой электрической активностью.

Для соответствующею количественного анализа использованы ре зультата расчета дифференциального -фотоответного сигнала полутро-водниовой структура со сяедукцей модель» дефекта: характерны;< пр капом дефектной' аномалии является скачкообразное отклонение време ни хизни неосновних ноыгходеЗ зарядов в точке М с координатами ( х,у,2 ).

Реазно одаоморноэ уравнение непрерывности с известными допущениям;: при шзкш уровяз фотозозбуждения образца» Рассмотрев гакол случай, когда кзмзкэнае времени жизни неосновных носителей зарядов подчиняется закону "

- , л - /Г, гГЫю3(х-ь)у

где т) Ь) с!} п - псатоэпше, определяющие соответственно, сте пень активное?!! дафекиа» расстоянио до^еста от плоскости рп-иере> да, ширину области дофеета к распределение активности в;утри облг ти дзрзкта; ¿? - время хизяк неосноаных носителей заряда, -/раэнеяав Еетрерывзсоги врздетавлшгея в вида:

№ „ ОЮНг р** ■ г ■ ,2 ^

- »Ш5сягрздая. фатснозителеЛ; с(

коэффициент

поглощения света; Ьр - дайна диффузии носителей заряда; С(0] - скорость генерации фотсносктеле.Ч на уровне рл-персхода.

Граничные условия следующие:

Гр(0)-Рп„1ехр[(^/кТ)Ч]} лри Х--0 с1Р(х)/о1х - 0 пр<* Х-ъ'» ■

Уравнение решено численным метода с помощью 331.!.

3 результате вычислений определена зависимость пр-лращерпгя фототока Д1 от глубины' залегания дефекта. Приращен:;э ¿отстою ДI определено следующим образом:

д1=|д1»||-|А1яв1 ,

ГДв Л1ч'11,1-11Я41 }

А1д2в|1«|-|1да|.

' 1« , I* - фототеки образца при возбуздшкк рп-перзхода светом с длинами волн Я^ и Яг ; 1Я), 1А1 - -фототеки образца при освещении дефектной области световшш зондг&ет с длпшш волн Д^ и Лг.

. Когда дефект удален от поверхнозти на глубину 1а ( А > ¿о ) (рис. I), то &] >й , и влияние дефекта на фотогок особенно сильно проявляется ггри возбуждении рп-пореходс. коротковолновым светом. Когда дефект расположен шив урозкя ' ¿а ( Ь < )> то й1<0 , и дефект сильнее злияет на .фотаток при возбуждении образца светом с большей длиной волны.

Путем измерения приращения фототека ¿1 , мо:«о опредэ-лить расположение дэфзкта относительно уровня'- & .

Показано, что гфгем соответствующего подбора донны волны и новости световых зондов можно повышать точность локализации дефектов по глубине.

3 тсотъеЛ главе сформулирован ряд трэбованиЛ, которым- должен удовлетворять дир^еренциальявЗ фотсотватный микроскоп, описаны основные принципы построения и приведены результаты теоретических и экспериментальных исследовании отдельных его блоков.

Общие принципы проектирования дифференциальных фотоответнлх микроскопов на отштаготся 'от принципов проектирования известных фотоотьетннх микроскопов с ода/и зсндтру-сщим лучом. 3 ',даннс;< случае основное внимание уделяется проблеме регистрации разностного .ротоотвотного сигнала, начиняя от шумов нсследуеюгх педупроао^л-ношх структур, Посладь'о рассматриваются как Л'огоггрие'О^кн о

СП -

О

£ Л ' I -I -3

Л «5* /

-v— I—

=х • I

X »- I

Ы

Рис.1. Зависимость разности приращений фототоков рп-пареходов (¿1 ) от глубины залегания дефектной аномалии (К ): ¿о- уровень рав-■ной концентрации фотоносителей,возбужденных световыми зондами с длинами если Х^-и

О

1

- э

низкой эффективностью. Для успешного решения проблемы регистрации фотоответного сигнала необходимо найти оптимальный релим включения исследуемого образца, а такла использоиать светоэлектрическне обратите связи с целью поьнленил чувствительности регистрирующего тракта к слабым изиенениям диффзренциальных фотоответных сигналов.

В дифференциальных фотоответных микроскопах в калдлЛ момент времени образец возбуждается только одним зондирующим лучом. 3 момент отпирания первого модулятора, установленного на пути' первого луча с длшюЛ волны , второй модулятор, установленный на пути луча второго лазера с да/но.4, волны излучения А.* запишется и наоборот. Частота переключения лучей выбирается таким образом, чтобы прл сканировали,! образца зондирующим лучом юзлдаЛ элемент совмещенного светового растра переключался не менез 10 раз. Такое условие вытекает из требования обеспечения допустимого уровня пульсации на выходе синхронного детектора пидеотракта.

Одним из основных условий работы дифференциальных фотоответных микроскопов (и вообще этого метода) является сов/эщенио двух световых растров с высокой точностью. С этой точки зрения наиболее приемлемым является сканирование образца путем перемещения столика при неподвижных свэтсвых зондах. Параметры сканированип - саг и размеры растра, могут задаваться через ЗЗМ или вручную с помощыо блока перемещения стола.

Сидеотракт разработанного дифференциального фотоответного микроскопа построен по принципу цепей с периодической компенсацией дрейфа. 3 такте коррекции компенсируется дрейф Интенсивности световых зондов до допустимого значения.

Ч такте коррекции на входы оптических модуляторов подается определенное опорное напряжение для установления требуемых коэффициентов пропускания, а вход промежуточного каскада чидеотракта переключается от выхода предварительного усилителя фотоответнэго сигнала к выхо^ фотопрлеиного устройства (ЗПУ). Часть зовдйрукщэ-го луча через оптические расщепители поступает на вход ЗЛУ с! заданным значением коэффициента преобразования свет/напрядение. Сигнал с выхода ЗЛУ поступает на вход рогулируыдзго элемента (операционный усилитель), который одновременно вчпо.таяет функции запоминающего элемента. На второй вход операционного усилителя подается опорное напряжение.

Усиленное разностное напряжение с выхода регулирующего элемента суммируется (вычитается) с опорным напряжением и поступает •а чхоц оптического модулятора и, таким образом, обеспечивает кор-

ректировку мощности светових зондов до заданного уровня.

Получены формулы для расчета рараметров цег.л коррекции, позволяющие обеспечить заданную Точность коррекции мощностей световых зондов:

дР _ 17»г + Ц1ш.Эр.1 &и

¡■до М^Эц * Дрейф выходного напряжения ФПУ | - воль-

товая чувствительность Ф;Ъ'; ¿/з^.г - дрейф входного напряжения регулирующего элемента.

Для повышения точности коррекции мощностей световых зондов до заданного значения необходимо в качестве регулирующего элемента использовать операционный усилитель с малым значением входного напряжения к ФЛУ с малой нестабильностью и высокой вольтовой Чуьствитб ньностью.

Для повышения чувствительности и улучшения пространственного разрешения дифференциальных фотоответних микроскопов по глубине, необходимо обеспечить высокую чувствительность видзотрактов. С этой целью в разработанном дифференциальном фотоответном микроскопе предусмотрена возможность введения светоэлектрических поло-'штелыюй и отрицательной обратных связей. .

По.11учено соотнолз!ше для расчета коэффициента передачи видеотракта микроскопа с светоэлектрической обратной связью:

. " Кос-Ко/П-КоА) ,

где Д, - ?'0(т1-Р,т-Р4 + та-Р1л,-р2) - коэффициент передачи

цепи с^ветоэлектрииеской обратной связи; Р4, Рг - значения токовой чугстпительиости исследуемого образ: ;а при возбуждении световыми зондами с длинами волн Я, и Я а » , - значения максимальной мощности на выходах оптических модуляторов; т коэффициент, зависящий от мощности излучения, проникающего.в образец, внутреннего сопротивления рп-перехода и сопротивления нагрузки, с которого снимается фотоответшй сигнал; Ко - коэффициент передачи видеотракта без обратной связи.

Произведение Кр'Л определяет глубину сватоэлектрической обратной связи. При Ко-Ро<0 , т.о Ксс< Иа (обратная связь отрицательная), при 0<КоЛ<и то КосЖа (обратная связь положительная}

Получена формула дал определения выходного напряжения ьидео-тшкта при наличии обратной связи.

о») — IV1

{- Но-}-0 [т, и, (*> + т% •/; (*)]

г^г.э (X)) /г (х) - зависимости токовой чувствительности рл-перехода от координаты точки возбуждения при дзух световых зондах с длинами волн А< и А^ .

Введение отрицательно« обратно;! связи приводит к сжатию динамического ,\иапазона регистрируемого фотоотзетного сигнала. По мере увеличения величины сигнала коэффициент сжатия растет. Такой реяии включения 03 эффективен в тех случаях, когда дагсгапввяиЗ диапазон дифференциального фотоотЕетного силпгг превосходят динамический диапазон видеотракта.

введение полохлтельноЛ обратной связи приводит с рас;тати:о дгаттотеского дааг.ззока фстсотвотного сигнала, что дчет возможность погасить контраст фотоответного изображения участков с незначительным различием поверхностного и объемного сдоев образцов по улектр!гческо.1 активности.

Показано, что введение св'зтоэлектричзскол обратно;! связи способствует повышений диагностической разрешающей,способности дифференциальных фотоогветшх'' микроскопов.

Получены соотношения Для расчета максимальной частоты модуляции световых зондов с учетом частотной зависимости фототока, определения порогового значения их мощностей и длин волн исходя из ^рактеристгас конкретных образцов,

Частотная зависимость фототока диффузионных рп-иерехоцов прямо зависит от частотной зависимости токовой чувствительности. Величина .-фототока практически не уменьшается вплоть до предельно.» частота транзистора с шириной Сазы, равной расстояние рп-пзрехода от освещенной поверхности. При выбора частоты подуля-ц:ги световых зондов следусс учптылать, что частотные характеристика регистрируемого .фототока вплоть до частота зависят от емкости рп-пврзхода, распределенных сопротивлений р-н п-областей, паразитных емкостей создииениЛ и комт/'шссного сопротивления нагрузки. 1ри /2 и необходимо учитывать тагсз .частотна завис мост ь фототога.

■ "инкмальнче значен:!;: мощностей световых зондов прзцтояело

определить из условия, при котором отношение сигнал/иум на выходе рп-переходе бело равно единице. Показано, что для улучшения отношения сигнал/шум фотоответа рп-пеоехода необходимо увеличить сопротивление нагрузки, уменьшить фоновое излучение, понизит! температуру образца и увеличить глубину модуляции световых зондов, 3 пятол главе приведены результаты экспериментальных исслед< ванкй,демонстрирующие реальные диагностические возможности предложенного метода дифференциальных .фотоответных изображений к созданного первого дифференциального (фотоответного микроскопа на базе лазершис источников света с длинами во;ш X, -»0,41мкм и Яг =0,6! мкм.

В качестве исследуемых образцов с различными моделями дефектов использованы транзисторные структуры, .фотоприемники на базе м; топиалов А|В$ и специально разработанные тестовые структуры, пред назначенные для моделирования и исследования инверсионных слоев.

Качественны;! анализ диагностических возможностей метода и и. экспериментальные подтверждения основываются на исследовании фото ответных видеосигналов, формируемых при линейном сканировании по верх^ти исследуемого образца двумя совмещенными разноцветны),«' лазерными зондами.

разработанный дифференциальный фотоответный микроскоп позволяет формировать фотоответные изображения в следующих трех режимах зондирования образцов: зондирование только с использованием лазерного зонда, с -длиной волны Я^ -0,41 мкм; зондирование только с использованием лазерного зонда с длиной волны Яг =0,63 мкм; зондирование образца с использованием одновременно двух указанных лазерных зондов, модулированных в противсфазе.

В, табличной форме представлены фотсответше изображения обра цов в трех режимах сканирования со следующими моделями дефектов: а) дефект приводит к локальному увеличению скорости рекомбинации носителей'зарядов; б) дефект приводит к локальному упенылению скс рости рекомбинации носителей зарядов. Рассмотрены три позиции рас положения калдого тина дефектов. Анализируются всего шесть групп изображений, каждая из которых отражает ситуацию в трех указанные резинах зондирования.

В одном эксперимента в качестве модели дефектного образца диффузионного рп-перехода с локально повышенно, 1 скорость» рэкомс нации использован биполярный транзистор с вертикальной структуре. 3 качестве дефектно/, аномалии рассматривается о,- ,гте> я область

транзистора, закороченная накоротко с базой. ЗотоответнкД сигнал в этом случае снимается через коллекторный переход.

При освещении эмнттерной области, генерированию в рмкттерной области и ди'кунднпу^ие до змиттерного перехода фотоносители разделяются электрическим полем 0113 этого перехода и переходят в область базы, но л не участвуют в создании тока через коллекторный переход. Так:«! образом поглощенное в эмиттерной области световое излучение не создает фототока, следовательно, эмиттернуа область вертикального транзистора монно рассматривать как дефектную ¡аномалию с бесконечно большой скоростью рекомбинации.

Такая модель дефектного рп-перехода позволяет, при определенных соотношениях мощностей лазерных зондов, моделировать mu поверхностные, так и объемные дефекты рп-переходов ч исследовать возмо:шость их локализации в трехмерном пространстве и идентификации с помощью дифференциальных ротоответных микроскопов.

Результаты исследований данной модели дефекта на дифференциальном $отоответном микроскопе полностью подтверждают выводы теоретических расчетов относительно ожидаемых видои ¿отоответшх изображений.

Результаты моделирования дефектов использованы для гденти-фикации дефектов отказавших фотодиодов из Ctafle , кстор::о были обнаружены с помощью однолучевого фотоотзетно1'о тлгароскоца о длиной волны зондирующего лучат 0,63 мкм,

экспериментально показана возможность использования метода ' для диагностики поверхностных дефектов полупроводниковых структур, в частности, дефектов, приводящих к локальному увеличению скорости поверхностной рекомбинации.

3 качестве образца о поверхностным дефектом использован фотодиод из Со. fis после соответствующей механической обработки его фоточувствительной поверхности с целью локального повышения скорости поверхностно:-! рекомбинации. Результаты экспериментальных пс-следоведаЛ образцов хорошо коррелируя? с расчетными данники.

Для исследования деуекгов поверхности полупроводника и окис-ho.'S пленки, а та:ав демонстрации возможности обнаружения и локализации инверсионных слоев с помощью, диф: зрвнциального .фотоотьэтного ' микроскопа разработана специальная экспериментальная тестовая структура (опытные образцы тестовых структур изготавливались по технологии производстве, диодных матриц КД9Э6). .Зормированиэ рп-переходов производилось путем двухстадийной ди^узии бора в кремниевую подло.кку с эпитаксиальным слоем..

Тестовая структура содержит контрольный рп-леоеход влтяну-Той прямоугольной формы с размерами 1203x60 мкм и металлический электрод затвора, нанесенный на изолирующий слой £нОг с толщиной ~0,В мкм в виде меандра с размерами 1100x350 мкм^. Ширина полосы меандра равна <-50 ь;кл, а зазор ыа%цу полосами (8 мкм) .выбирался из следующих соображений: минимальный зазор ограничивается диаметром светового зокда. (разрешающей способностью мкк-роскора), а максимальный зазор - величиной, равной удвоенной дане неосновных носителей зарядсэ.

Края диффузионного рп-перехсда и металлического члпктрода затвора совпадают, вследствие чего при электрическом смещении инверсионный слой, индуцированный под затвором,'смыкается с контрольным переходом , что мо.чно фиксировать путем регистрации фотоответного сигнала инверсионного слоя через омический контакт контрольного рп-пэрехода.

При подаче отрицательного напряжения (большего порогового значения) на затвор ТО относительно подложки, в подзатворком слое полупроводчика через некотороз время релаксации электронных процессов в окисной пленке и на границе раздела полупроводник-окис-нал пленка создается ийвэрсионный слой (с толщиной порядка 0,01» 0(1 мкм для исслздоваьшой ТО с удельны»! сопротивлением полупроводника При переходе двух совмещенных разноцветий ЗйнДоЙ Ъй иШайФй инверсионного слоя (мелкого рп-перехода) Й ОЙЛаеть койтрояьного рп-перехода(глубокого рп-перехода) происходит измёйеййе Полярности дифференциального фотоответного сиг-ЙгУш». На фотйотве^нОм иэобраменш», формированном с помощью дифференциального фЬ4ооТве'гно£о й и Гнала в качестве видеосигнала, вдо границы раздел^ инверсионного слоя и диффузионного рп-перехода на людаетйя ?ёудейтйеш&й ПереПад. яркости, что позволяет с большой тс ной'тыо определить конура инверсионной области,

Й закАаоЦ'бййи ^формулированы основные результата и вывода дйс сертационной работы,'

1. Теоретически обойн'овака в'озмй.йость локализации еаекгрй» чески активных дефектов полупроводниковых структур в '«фехяёрйом пространстве. ••'..•

2. Рассчитан фотоотвегный сигнал дафф^зионного р1*пегй>;ода с различными моделями дефектов путем моделйроЬанид физических процессов, протекающих в дефектных рп-переходах и рошйнла уравнения непрерывности численным-методом.

2. Разработана тестовая структура для моделирования процессов формирования дифференциальных фотоответннх сигналов инверсионных слоев.

4. Разработана методика локализации и идентификации поверхностных и объемных дефектов полупроводниковых приборов.

¡5. Разработан дифференциальныЛ фотоответныЛ микроскоп для диагностики дефектов полупроводниковых приборов методом фотоответных изображений.

С. Показано; что:

- введение отрицательно:! светоэлектрической обратной связи позволяот сузить динамический диапазон фотоотпетных сигналов и расширить возможности исследования электрически активных дефектов поверхностных и объемных слоев полупроводниковых структур;

- введение положительной светоэлектричоской обратной связи позволяет расширить динамический диапазон фотоответных сигналов и повысить чувствительность дифференциального 'фотоответного микроскопа.

7. Получены соотношения для расчета параметров основных узлов и выбора реютлов работы дифференциального фотоотзотного микроскопа с учетом характеристик исследуемых образцов.

С. Получены соотношения для расчета параметров схемы стабилизации, мощности лазерных зондов.

?. Экспериментально показана возможность локализации Дефектов полупроводниковых структур с фиксацией их трех координат с помощью метода дифференциальных фотоответных изображений.

10. Показана возможность повышения точности фиксации положения дефектов по глубине путем введения третьего зондирующого луча и изменения его мощности.

11. Метод дифференциального фотоответа включен з перечень методов анализа отказов, применяемых в Региональном центре диагностики "слектронстандарт", Диагностика эксплуатационных отказов по этому методу производится с помощью разработанного дифференциального ротоответного микроскола.

СЮноьше результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

I.'Амазаспян D.H., У.аркарян и.К., Степанян С.Х. Сканирующий лазерный микроскоп с зеркальным барабаном в качестве дефлектора. - Электронная техника, Серия упр. качеством, стандартизация, метрология, испытания, вып. 1(116), I96G, с. 22-25.

2. Амазасиян В.Н., ',1аркар::н ß.K., Иошфьк Г.О., Степанян С. Л. Габаритный расчет оптической системы сканирующих л-зерлых микроскопов для диагностики ЛОТ. - Электронная техника, иерия упр. качеством, стандартизация, метрология, испытания, вып. 1(143), 19-31, о. 64-G6.

Амазаспян В.Н., Степанлн С.л., Маркаряц З.К. Двухлучевой фотоскан для диагностики дефектов полупроводниковых структур. -Электронная техника, Серия упр. качеством, стандартизация, метрология,- испытания, вып. 1(143), IS9I, с. 66-67.

4. Бутаев А.Г., Акогин А.¡Д., Степашш С.^., Асатрян А.Г. Систеш управления сканирующими микроскопами. - Тезисы докладов 3-Л республиканской конференции аспирантов Армении, 15-17 марта, Ереван, 1989, часть III, с. 97.

5. Бутаев А.Г., Степанян С.л. Видеоусилитель для малокадрошх телевизионных диагностических систем. - Тезисы докладов 3-й республиканской конференции аспирантов Армении, 15-17 марта, Ереван, 1989, часть III, с. 77.

5. Бутаев А.Г., Степанян СД. Усилитель развертки для малокадровых диагностических систем, - Тезисы докладов З-'й республиканской конференции аспирантов Армении, 15-17 нарта, Ереван, 1989, чаеиь 1У, с. 39.

■1

Сдано б производство 18,02.92 Подписано к печати 18.02.92

Уч.-изд.л.. 1,0 ц/л 0? Заказ №4,3 Тираж 100

i.,, .

Отпечатано в отделении оперативной полиграфии Ереванского политехнического института.

Адрес института и отделения оперативной полиграфии: ЙТБООй, Ереван ул. Теряна 105.'