 |
Применение эллипсометрии в научных исследованиях и в технологиях
|
|
|
|
Применение эллипсометрии для решения всевозможных задач в различных областях знаний представляет собой обширную тему, и ей посвящены специальные обзоры [40-44]. Некоторое представление об этом вопросе можно получить из приведенной таблицы.
Даже при беглом взгляде обращает на себя внимание широкий спектр прикладных задач, решаемых с использованием метода в таких разных областях, которые никак не связаны друг с другом. Общим во всех приведенных примерах является наличие тонкопленочных структур нанометровой толщины, которые и являются предметом исследования эллипсометрии. Проводя классификацию, все примеры можно разделить на две части: научные исследования и диагностика технологических процессов.
В ИФП СО РАН накоплен богатый опыт использования эллипсометрии как для решения научных проблем, так и в задачах прикладного характера. Ниже представлены примеры применения эллипсометрии для решения широкого класса таких задач. Все измерения выполнены с помощью эллипсометрической аппаратуры, разработанной в ИФП и представленной в предыдущем разделе.
Одно из перспективных направлений современной наноэлектроники базируется на применении структур «кремний на изоляторе» (КНИ) в технологии создания интегральных схем. Эллипсометрия использовалась для контроля толщины и характеризации свойств отсеченного слоя кремния в КНИ структурах при пошаговом его утонении путем окисления [45]. На рис. 6 показаны измеренные спектры 
и восстановленные параметры исследуемой структуры Si/SiO2/Si/SiO2 для трех последовательных шагов утонения. Оптические спектры отсеченного слоя моделировались как смесь аморфной и кристаллической фазы. Используя эллипсометрический контроль, удается уменьшить толщину слоя Si вплоть до нескольких нанометров. При этом из полученных спектров следует, что, начиная с толщины 3 нм, дальнейшее ее уменьшение сопровождается исчезновением кристаллической структуры кремния и появлением аморфной фазы. В дополнение к представленным результатам эллипсометрические измерения позволяют качественно характеризовать степень размытия межфазных границ Si-SiO2.
|
|
|
Рис. 3.26 Результаты спектроэллипсометрических измерений (кружки и треугольники) и структуры, рассчитанные по результатам этих измерений.
1 шаг: после утонения верхнего слоя кремния получилась пленка толщиной 3 нм с оптическими свойствами кристаллического кремния; на границах раздела имеются переходные области.
2 шаг: дальнейшее утонение кремния до 1.5 нм приводит к трансформированию оптических свойств пленки в сторону аморфного кремния.
3 шаг: на последней ступени утонения пленка приобретает вид островков аморфного кремния в массиве SiO2
В последние годы внимание исследователей привлекают низкоразмерные структуры, примером которых могут служить нанокристаллы кремния или германия, внедренные в диэлектрическую матрицу. Спектры фотолюминесценции таких структур смещены в коротковолновую область по сравнению с краем поглощения объемного полупроводника и могут варьироваться в зависимости от размеров включений. Это делает перспективным их применение в оптоэлектронике в качестве излучающей среды.
Электронная микроскопия
| 4.1. Сканирующая зондовая микроскопия |
Устройство сканирующего туннельного микроскопа.
Сканирующая туннельная микроскопия - это один из методов сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ). Этим методом можно получать трехмерное изображение поверхности с разрешением вплоть до долей ангстрема.
Принцип работы СТМ основан на явлении туннелирования электронов через узкий потенциальный барьер между металлическим зондом и проводящим образцом во внешнем электрическом поле.
|
|
|
СТМ состоит из следующих основных компонентов (Рис. 1): 1- зонд; 2 – образец; 3 – пьезоэлектрические двигатели x, y, z для прецизионного перемещения зонда над поверхностью исследуемого образца; 4 – генератор развертки, подающий напряжения на пьезодвигатели x и y, обеспечивающие сканирование зонда в горизонтальной плоскости; 5 – электронный сенсор, детектирующий величину локального взаимодействия между зондом и образцом; 6 – компаратор, сравнивающий текущий сигнал в цепи сенсора V(t) с изначально заданным VS, и, при его отклонении, вырабатывающий корректирующий сигнал Vfb; 7 – электронная цепь обратной связи, управляющая положением зонда по оси z; 8 – компьютер, управляющий процессом сканирования и получением изображения 9.
Рис. 4.1. Общая схема сканирующего зондового микроскопа. 1- зонд; 2 – образец; 3 – пьезоэлектрические двигатели x, y, z; 4 – генератор напряжения развертки на x, y пьезокерамики; 5 – электронный сенсор; 6 – компаратор; 7 – электронная цепь обратной связи; 8 – компьютер; 9 – изображение z(x,y)
В качестве зонда в СТМ используется остро заточенная металлическая игла. Предельное пространственное разрешение СТМ определяется в основном радиусом закругления острия (которое может достигать долей нанометра) и его механической жесткостью. Если механическая жесткость в продольном и поперечном направлениях оказывается достаточно малой, механические, тепловые и квантовые флуктуации иглы могут существенно ухудшить разрешение СТМ. В качестве материала для зонда обычно используются металлы с высокой твердостью и химической стойкостью: вольфрам или платина.
Главной частью микроскопа является сенсор с высоким пространственным разрешением. Эти сенсоры обычно позволяют измерять расстояния с точностью 0,01 нм. Туннельный сенсор (Рис. 2) измеряет ток, протекающий между металлическим острием и образцом.
Рис.4.2. Схема туннельного сенсора.
Устройство позиционирования
Пьезокерамические двигатели
Для контролируемого перемещения иглы на сверхмалых расстояниях в СЗМ используются пьезоэлектрические двигатели. Их задача – обеспечить прецизионное механическое сканирование зондом исследуемого образца путем перемещения зонда относительно неподвижного образца или перемещения образца относительно неподвижного зонда. Перемещение зонда от точки к точке осуществляется с помощью манипулятора (сканера), к которому предъявляются следующие требования:
|
|
|
- отсутствие дрейфов, точность и повторяемость позиционирования зонда;
- долговремення стабильность параметров:
- термическая стабильность позиционирования;
- требуемый диапозон перемещений по каждой из координат;
- достаточное быстродействие.
Работа большинства пьезоэлектрических двигателей, применяемых в современных СТМ, основана на использовании обратного пьезоэффекта, который заключается в изменении размеров пьезоматериала под действием электрического поля. Механизм пьезоэффекта можно проследить на простой модели, имитирующей структуру кварца SiO2 (Рис. 3). Положительные ионы кремния в решетке SiO2 чередуются с отрицательными ионами кислорода. В недеформированной ячейке центры положительных и отрицательных зарядов совпадают (Рис. 3 а). Если к металлическим электродам, расположенным на противоположных гранях кристалла кварца, приложить внешнее электрическое напряжение так, как указано на Рис. 3 б, то ионы смещаются, приводя к деформации кристаллической решетки.
Рис. 4.3. Схема структуры кварца (а) и
возникновения обратного пьезоэлектрического эффекта (б)
В СЗМ, как правило, в качестве пьезоматериала используется не кристаллические материалы, вроде кварца, а пьезокерамика, обладающая более высоким пьезомодулем. Пьезокерамика представляет собой совокупность сегнетоэлектрических монокристаллических зерен с типичным размером 0,5 – 50 мкм.
Основой большинства применяемых в СЗМ пьезокерамик является состав PbZr1-xTixO3 (цирконат-титанат свинца, ЦТС) с различными добавками. В качестве добавок используются Nb, Sn, Bi, La – в качестве легирующих добавок (менее 5%) и Sn, Ba, La – в качестве модифицирующих (более 5%) примесей. Стандартным методом получения пьезокерамики является метод спекания порошков заданного состава при атмосферном давлении. Существует также метод горячего прессования под давлением до 200 кг/см2. Этот метод позволяет получить керамику с плотностью, превышающей 99,9% от теоретически достижимой и обладающую свойствами близкими к свойствам кристаллических образцов. В отечественных конструкциях широкое распространение получила пьезокерамика ЦТС-19.
|
|
|
В неполяризованной керамике зерна и, соответственно, полярные оси их доменов ориентированы хаотично, что обуславливает квазиизотропное поведение электрических, пьезоэлектрических и других характеристик керамики. Для получения требуемых свойств, например, наличия обратного пьезоэффекта, необходимо однородно ориентировать полярную ось во всем объеме материала при помощи внешнего электрического поля. Этот процесс, называемый поляризацией, заключается в нагреве материала до температур выше температуры Кюри Tc и последующем охлаждении в присутствии внешнего электрического поля до комнатных температур. После снятия внешнего электрического поля дипольные моменты доменов остаются ориентированными в одном направлении, т.е. в материале возникает остаточная поляризация. При использовании пьезокерамики осуществлять ее нагрев выше точки Кюри нельзя, т.к. при этой температуре пьезокерамика деполяризуется и пьезоэффект больше не наблюдается.
Удлинение закрепленной с одного конца пьезопластинки (Рис. 4) определяется выражением
где l – длина пластины, h - толщина пластины, U - электрическое напряжение, приложенное к электродам, расположенным на гранях пьезопластины, d31 - пьезомодуль материала.
Пьезомодуль d31, определяющий преобразование напряжения в перемещение в продольном направлении, обычно равен 30-350·10-12м/В. Например, при значении d31=200 м/В (2 A/В), используя пластинку длиной l =20 мм, толщиной h =0,5 мм, можно обеспечить механические смещения ∆ l в диапазоне 0-2,4 мкм при изменении управляющего напряжения U от 0 до 300 В. Большие коэффициенты пьезомодуля важны для меньших габаритов сканеров и меньших управляющих напряжений.
Максимальная величина деформации пьезоматериала, определяющая максимальное поле сканирования, ограничивается значением напряженности электрического поля, при котором возникает электрический пробой материала. Минимальный шаг или точность перемещений в основном определяется шумами управляющего электрического напряжения, уровнем механических вибраций и термодрейфа.
Рис. 4.4 Удлинение закрепленной с одного конца пьезопластинки
|
|
|
Среди основных характеристик пьезокерамик, применяемых в СЗМ, можно выделить:
- Малая потребляемая мощность и отсутствие тепловыделения.
- Неизменность пьезомодуля d31 при низких температурах, вплоть до гелиевых
(4,2 К), что важно для низкотемпературных СЗМ.
- Температура Кюри – 170-350о С.
- Коэффициент теплового расширения керамики составляет β=1-10·10-6 К-1, при этом
значение имеет не столько сам коэффициент, сколько малая разность этих
коэффициентов ∆β для керамики и материала, используемого вместе с ней в
конструкции (например, сталь) для уменьшения температурных дрейфов.
- Малые габариты, высокая жесткость и, как следствие, высокие резонансные частоты (желательно > 10 кГц), необходимые для защиты от вибраций. Высокая резонансная частота позволяет так же повысить скорость сканирования, т.е. уменьшить время получения СЗМ данных.
- Применимость в различных средах и сверхвысоком вакууме, т.к. они химически не активны, и не создают электромагнитных полей.
Несмотря на преимущества пьезокерамик, применяемых в качестве микропозиционеров, они обладают так же и рядом недостатков.
Идеальная пьезоэлектрическая керамика деформируется линейно с приложенным напряжением в соответствии с выражением (1), и при увеличении напряжения и при его уменьшении, как показано на Рис. 4.5.
Рис. 4.5. Смещение идеальной пьезокерамики с приложенным напряжением
На практике, пьезоэлектрическая керамика не ведет себя в соответствии с линейной моделью, показанной на Рис. 5. При работе со сканерами на основе пьезокерамики необходимо принимать во внимание ряд свойств этого материала:
а) Нелинейность
Реальная пьезокерамика деформируется нелинейно с приложенным напряжением (Рис. 6), т.е. удлинение является некоторой функцией от приложенного напряжения:
Нелинейность обусловлена увеличением пьезомодуля на 10-20 % с ростом приложенного напряжения.
Рис.4.6. Нелинейность механической деформации пьезокерамики
В случае получения изображений малых участков поверхности, сравнимых с
межатомными расстояниями, этот недостаток не так существенен: во-первых, неидеальность поведения невелика ввиду малости диапазона развертки, а во-вторых, большинство важных геометрических параметров, например длины связей, хорошо известны заранее из результатов измерений другими методами.
Однако при получении изображений более крупных объектов, например структур, изготовленных методами микротехнологии, нелинейные эффекты могут создавать значительные искажения. Нелинейность пьезокерамики приводит к тому, что объекты одинакового размера в начале и в конце сканируемого изображения будут иметь различные размеры.
б) Гистерезис
Это тип нелинейного поведения, при котором имеет место неоднозначная зависимость удлинения от направления изменения электрического напряжения (Рис. 4.7). Кроме того, благодаря гистерезису керамика может не достигать своей начальной длины после одинакового изменения электрического напряжения в одну и в другую сторону.
Рис. 4.7. Гистерезис пьезокерамики
Величина гистерезиса обычно составляет 10% и зависит от состава пьезоэлектрического материала и его структуры.
Гистерезис СЗМ сканера приводит к сдвигу областей сканирования (и, соответственно СЗМ-изображений), получаемых при прямом и обратном перемещениях. Поэтому, для исключения искажений СЗМ-изображений поверхности образца, связанных с гистерезисом, следует проводить измерения только при прямом или только при обратном ходе сканера.
в) Ползучесть
Крип пьезокерамики (creep – ползучесть) проявляется в медленном дрейфе в направлении последних предшествующих перемещений или замедленном во времени механическом смещении после быстрого изменения напряжения. После приложения ступеньки напряжения может наблюдаться также продолжение смещения в виде, изображенном на Рис. 4.8 (дребезг пьезокерамики).
Рис.4.8. Ползучесть и дребезг пьезокерамики
Ползучесть пьезокерамики проявляется в искажении начального участка скана при больших площадях и скоростях сканирования, т.е. когда напряжение, приложенное к пьезоматериалу, изменяется достаточно быстро. Ползучесть также приводит к сдвигу особенности на СЗМ изображении в повторных сканах. Влияние ползучести уменьшается при уменьшении скорости сканирования, а также после «тренировки» сканера. На практике, заметив искажения на СЗМ-изображении, связанные с ползучестью, следует через некоторое время остановить сканирование и повторить его заново. После такой «тренировки» искажения на СЗМ-изображении, проявляющиеся, например, в виде загиба вертикальных линий, на повторном кадре, как правило, уменьшаются. Понятно, что ползучесть проявляется при резком смещении сканера в требуемую начальную точку сканирования, поэтому в алгоритмах управления сканером исключают резкие скачки управляющего напряжения и вводят временные задержки, учитывающие ползучесть.
г) Температурный дрейф
Случайные изменения температуры, всегда существующие в лаборатории, приводят к изменению длины элементов конструкции и относительному смещению зонда и образца. Например, при изменении температуры на ∆Т=1ºС, пьезотрубка длиной l =20 мм с коэффициентом линейного температурного расширения β=2·10-6К-1, изменит свою длину на
Плавный температурный дрейф вдоль координаты Z в процессе сканирования приводит к наклону плоскости образца на СЗМ-изображении. Изменение же линейных размеров вдоль координат X и Y, приводящее к взаимному сдвигу зонда и образца в плоскости образца, вызывает изменение масштабов изображения. В целом, эти искажения похожи на искажения, вызванные ползучестью керамики.
Сканеры
 
а) б)
|
Конструкции из пьезокерамик, обеспечивающие перемещение по трем координатам x, y (в латеральной плоскости образца) и z (по вертикали), называются «сканерами». Существует несколько типов сканеров, наиболее распространенными из которых являются треногий и трубчатый (Рис. 9).
Рис.4. 9. Основные конструкции сканеров: а) – треногий, б) – трубчатый
|
Когда на x и y керамику при сканировании подается напряжение, геометрия сканера заставляет зонд, укрепленный на конце z-пьезокерамики, выходить из плоскости образца. Таким образом, на z-пьезокерамику должно подаваться напряжение для поддержания зонда в обратной связи с образцом. Это приводит к изображению, которое кажется изогнутым, даже когда фактическая поверхность образца полностью плоская.
В треногом сканере Z–пьезокерамика и соответственно закрепленный на ее конце зонд, движется при сканировании по дуге окружности (плоскости второго порядка). Эта дуга определяется физическими размерами треноги и не меняется при изменении скорости сканирования. Это искажение может быть легко удалено из полученного изображения левелингом второго порядка (Рис. 4.10).
Рис.4.10. Вычитание плоскости второго порядка из СЗМ изображения
Трубчатые сканеры работают посредством изгиба полой пьезоэлектрической трубки в латеральной плоскости и удлинения или сжатия трубки по оси z. Если приложить напряжение к Z-электродам, то верхняя часть трубки изменит длину, обеспечивая перемещение иглы вдоль Z-координаты. Перемещение иглы по другим координатам осуществляется за счет изгиба трубки. Достигается это следующим образом. В нижней части трубки имеется система Х- и У-электродов. Если к одному из Х-электродов приложено положительное напряжение, а к другому отрицательное, то одна сторона трубки укоротится, а другая удлинится, в результате трубка изогнется, а игла переместится практически вдоль Х-координаты. Аналогично можно осуществить перемещение иглы и по координате Y. При длине трубки 5 см, наружном диаметре 1 см и толщине стенок 0,3 мм перемещение по координатам X и Y может достигать 250 мкм, а по координате Z - до 10 мкм. При этом точность поддержания размеров трубки сотые доли нанометра.
Трубчатый сканер производит изгибное искажение большего порядка, чем треногий. Поскольку величина гистерезиса увеличивается при увеличении скорости и диапазона сканирования, форма и величина изгиба изменяется со скоростью сканирования и размером скана. Для того чтобы исправить изгиб на изображении, вызванный трубчатым сканером, должна использоваться программная коррекция (левелинг) более высокого порядка, которая может приводить к другим искажениям.
Объектный столик
В большинстве ранних конструкций СТМ узлу крепления и перемещения исследуемого образца не уделялось особого внимания. В настоящее время некоторые конструкции исследовательских СТМ имеют такую возможность. Конечно, наличие такого перемещения совершенно обязательно в СТМ, претендующем на применение в качестве инструмента нанотехнологии. Кроме того, в этом случае большое значение имеет ориентация поверхности образца в пространстве. Ее горизонтальное расположение, когда нормаль к поверхности направлена вверх, позволяет достаточно просто реализовать ряд технологических приемов, например, работу в жидкой среде. Именно такая ориентация использовалась в разработанных нами моделях СТМ.
Основное требование к системе перемещения образца в плоскости X-Y - обеспечение минимального шага, сравнимого с размерами кадра, и отсутствие механических дрейфов в состоянии покоя.
Наличие возможности перемещения образца желательно дополнить системой, позволяющей контролировать положение зонда над исследуемой поверхностью. Для этой цели может быть использован растровый электронный микроскоп. Однако в этом случае конструкция СТМ должна допускать работу в вакууме и встраиваться в объектную камеру растрового электронного микроскопа. Оптический микроскоп позволяет реализовать позиционирование зонда туннельного микроскопа с точностью порядка 1 мкм, что ограничено его разрешающей способностью. Однако при возможности точного перемещения образца этой величины может оказаться вполне достаточно для большинства применений СТМ.
Система грубого подвода по Z
В процессе работы СТМ острие зонда перемещается вдоль исследуемой поверхности образца, оставаясь от нее на расстоянии около 1 нм (в направлении Z). Так как диапазон перемещений зонда в направлении нормали к поверхности образца, обеспечиваемый сканером, обычно не превышает 1 -2 мкм, то становится очевидной необходимость иметь в конструкции СТМ систему грубого подвода образца по Z. Кроме обеспечения начального приближения зонда к поверхности образца, она может быть использована для корректировки положения образца по Z в случае его нежелательного изменения, например, дрейфа.
Рассмотрим основные требования к параметрам этой системы. Минимальное, уверенно обеспечиваемое, перемещение (чувствительность) должно быть в несколько раз меньше диапазона перемещения сканера в направлении Z. Например, если диапазон перемещения сканера Z = 1 мкм, то грубый подвод должен осуществляться с чувствительностью около 0.1 мкм. Диапазон перемещений, который должна перекрывать система грубого подвода, определяется той точностью, с которой образец фиксируется на объектном столике. Если начальное расстояние зонд-образец регистрируется с помощью простейшего оптического устройства, например, лупы, то можно установить 20-50 мкм, а в случае контроля неворуженным глазом - 200 - 500 мкм.
Ввиду того, что система грубого подвода включается в механическую связь зонд-образец, она не должна заметно снижать жесткость этой связи. Также недопустимо значительное увеличение механических и термических дрейфов.
Как видим, требования, предъявляемые к системе грубого подвода, аналогичны таковым для перемещения объектного столика. Поэтому и способы реализации этих систем СТМ имеют много общего.
Процесс сканирования
Процесс сканирования поверхности в СТМ (Рис. 11) имеет сходство с движением электронного луча по экрану в электроннолучевой трубке телевизора. Зонд движется вдоль линии (строки) сначала в прямом, а потом в обратном направлении (строчная развертка), затем переходит на следующую строку (кадровая развертка). Движение зонда осуществляется с помощью сканера небольшими шагами под действием пилообразных напряжений, подаваемых с генератора развертки (обычно, цифро-аналогового преобразователя). Регистрация информации о рельефе поверхности производится, как правило, на прямом проходе.
Рис. 4.11. Схематическое изображение процесса сканирования
К числу основных параметров, выбираемых перед началом сканирования, относятся:
- размер скана;
- число точек на линии NX и линий в скане NY, определяющие шаг сканирования ∆;
- скорость сканирования.
Параметры сканирования выбираются исходя из предварительных данных (размера характерных поверхностных особенностей), которые имеются у исследователя об объекте исследования.
При выборе размера скана необходимо получить наиболее полную информацию о поверхности образца, т.е. отобразить наиболее характерные особенности его поверхности. Например, при сканировании дифракционной решетки с периодом 3 мкм необходимо отобразить хотя бы несколько периодов, т.е. размер скана должен составлять 10 – 15 мкм. В случае если расположение особенностей на поверхности исследуемого объекта неоднородно, то для достоверной оценки необходимо провести сканирование в нескольких отстоящих друг от друга точках на поверхности образца. При отсутствии информации об объекте исследования сначала, как правило, проводят сканирование в области, близкой к максимально доступной для отображения, с целью получения обзорной информации о характере поверхности. Выбор размера скана при повторном сканировании осуществляют исходя из данных, полученных на обзорном скане.
Число точек сканирования (NX, NY) выбирается таким образом, чтобы шаг сканирования ∆ (расстояние между точками, в которых производится считывание информации о поверхности) был меньше характерных ее особенностей, иначе произойдет потеря части информации, заключенной между точками сканирования. С другой стороны, выбор излишнего количества точек сканирования приведет к увеличению времени получения скана.
Скорость сканирования определяет скорость движения зонда между точками, в которых производится считывание информации. Излишне большая скорость может привести к тому, что система обратной связи не будет успевать отводить зонд от поверхности, что приведет к неправильному воспроизведению вертикальных размеров, а так же к повреждению зонда и поверхности образца. Малая скорость сканирования приведет к увеличению времени получения скана.
В процессе сканирования зонд может находиться над участками поверхности,
имеющими различные физические свойства, в результате чего величина и характер
взаимодействия зонд-образец будут изменяться. Кроме того, если на поверхности образца есть неровности, то при сканировании будет изменяться и расстояние ∆Z между зондом и поверхностью, соответственно будет изменяться и величина локального взаимодействия.
В процессе сканирования производится поддержание постоянной величины локального взаимодействия (силы или туннельного тока) с помощью системы отрицательной обратной связи. При приближении зонда к поверхности сигнал сенсора возрастает. Компаратор сравнивает текущий сигнал сенсора с опорным напряжением VS и вырабатывает корректирующий сигнал Vfb, используемый в качестве управляющего для пьезопривода, который отводит зонд от поверхности образца. Сигнал для получения изображения топографии поверхности берется при этом из канала z-пьезопривода.
На Рис. 12 показана траектория движения зонда относительно образца (кривая 2) и образца относительно зонда (кривая 1) при сохранении постоянной величины взаимодействия зонд-образец. Если зонд оказывается над ямкой или областью, где взаимодействие слабее, то образец приподнимается, в противном случае – образец опускается.
Рис. 4.12. Траектория относительного движения зонда и образца в процессе поддержания системой обратной связи постоянного локального взаимодействия
Отклик системы обратной связи на возникновение сигнала рассогласования Vfb=V(t) –VS определяется константой цепи обратной связи K или несколькими такими константами. Конкретные значения K зависят от особенностей конструкции конкретного СЗМ (конструкции и характеристик сканера, электроники), режима работы СЗМ (размера скана, скорости сканирования и т.п.), а также особенностей исследуемой поверхности (степень шероховатости, масштаб особенностей топографии, твердость материала и пр.).
В целом, чем больше значение K тем точнее цепь обратной связи отрабатывает черты сканируемой поверхности и тем достовернее данные, получаемые при сканировании. Однако при превышении некоторого критического значения K система обратной связи проявляет склонность к самовозбуждению, т.е. на линии скана наблюдается зашумленность.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Технология 3D интеграции получает все более широкое применение при решении проблем увеличения коэффициента упаковки, быстродействия и надежности сложных функциональных модулей, содержащих в своем составе блоки, выполненные по технологии МЭС, МЭМС и МИЭМС. Проведенный нами анализ показал серьезное отставание нашей промышленности в разработке технологии и оборудования для производства интегрированных блоков. Методы контроля при интеграции чип на пластине и чип на чипе достаточно традиционны, так как представляют собой адаптированные и хорошо разработанные методики контроля печатных плат. Наиболее сложным и эффективным видом интеграции является интеграция типа пластина на пластине, сочетающая в себе технологии КСДИ структур и технологии TSV. В связи с отсутствием учебной литературы по технологии интегрированных структур материал, содержащийся в учебном пособии, может быть использован студентами для изучения основных методов контроля применяемых зарубежными фирмами при разработке специального технологического и контрольно-измерительного оборудования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Павлов Л.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов М.В.Ш.,1987,-с. 235
2. Зи С. Физика полупроводниковых приборов М.: Мир,1984 ч.1 с.452
3. Асеев А.Л. // Российские нанотехнологии, 2006. Т. 1. № 1, 2. С. 97.
4. Ржанов А.В., Свиташев К.К., Семененко А.И., Семененко Л.В.,Соколов, В.К. Основы эллипсометрии. Новосибирск, Наука, 1979. 424 с.
5. Азам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет. М.: Мир, 1981.583 с.
6. Швец В.А., Спесивцев Е.В., Рыхлицкий С.В., Михайлов Н.Н. Эллипсометрия-прецизионный метод контроля тонкопленочных структур с субнанометровым разрешением. Нано, 2008 г.
7. Березина С. И., Лямов В. E., Солодов И. Ю., Акустическая микроскопия, "Вестник МГУ. Сер,Физика, Астрономия", 1977, т. 18, № 1, с. 3;
8. Кесслер Л. У., Юхас Д. Э., Акустическая микроскопия, "ТИИЭР", 1979, т. 67, № 4, с. 96;
9. Белл Р.Дж. Введение в фурье-спектроскопию. М.: Мир, 1975. 160 с.
10. Милехин А.Г., C.Himcinschi, M. Friedrich, K. Hiller, M/ Wierner, T. Gessner, S.Schulze, D.R.T. Zahn Инфракрасная спектроскопия кремниевых сращенных пластин // Физика и техника полупроводников, 2006,том 40, вып.11, с.1338-1347.
11. Неволин. В.К. Физические основы туннельно-зондовой нанотехнологии. Учебное пособие. ГОУ ГТУ МИИЭТ,-2004 г.
13. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии // РАН Институт физики микроструктур, Нижний Новгород, 2004.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ.. 3
1. Характеристика состояния метрологического обеспечение технологического процесса производства 3D модулей. 5
2. Контроль электрофизических параметров физических структур 8
2.1. Методы и оборудование для измерения удельного сопротивления полупроводников 8
2.2 Метод Ван-дер-Пау.. 17
2.3. Методы и оборудование для измерения концентрации и профиля распределения примесей емкостным методом. 21
2.4. Контроль технологического процесса с использованием тестовых МДП структур 32
2.4.1. Устройство МДП-структур и их энергетическая диаграмма 32
2.4.2. Уравнение электронейтральности. 36
2.4.3. Экспериментальные методы измерения вольт-фарадных характеристик 44
2.4.4. Определение параметров МДП-структур на основе анализа C-V характеристик 48
2.4.5. Определение плотности поверхностных состояний на границе раздела полупроводник - диэлектрик 54
3. Оптические методы контроля в технологических процессах 3D интеграции 63
3.1. «Классическая» оптическая микроскопия. 63
3.2. Конфокальная микроскопия. 71
3.3. Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (СБОМ) 80
3.4. Методы контроля тонкопленочных структур с субнанометровым разрешением – Фурье- спектроскопия. 82
3.5. Акустическая микроскопия. 97
4. Электронная микроскопия.. 134
4.1. Сканирующая зондовая микроскопия. 134
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 154
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.. 155
Учебное пособие
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ОПЕРАЦИИ В ТЕХНОЛОГИИ
ИНТЕГРИРОВАННЫХ МОДУЛЕЙ
по курсу «Технические устройства контроля
технологических процессов в оборудовании
электронной промышленности»
для студентов специальности 210107
«Электронное машиностроение»
очной формы обучения
Составители
Акулинин Станислав Алексеевич
Минаков Сергей Алексеевич
ЛР № 066815 от 25.08.99. Подписано к изданию 20.12.2011.
Печ. л. 8,9. Уч.-изд. л. 8,7. “C”
Воронежский государственный технический университет
394026 Воронеж, Московский пр., 14.
|
|
|
