Электролитические и оптические методы контроля РЭСИ (стр. 1 из 3)

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет информатики и

радиоэлектроники

кафедра РЭС

РЕФЕРАТ

на тему:

«Электролитические и оптические методы контроля РЭСИ»

МИНСК, 2008


Электрография.

Электролит состоит из бензидина, поверхностно-активного вещества и коллоида. Далее к ячейке прикладывают напряжение 5-10 В при 1 мкА и вы­держивают 5-10 мин. При приложении к ячейке напряжения неокрашенный раствор солянокислого бензидина окисляется с образованием темно-синих продуктов. После проведения процесса электрографии на фильтрованной бу­маге получается зеркальное изображение сквозных дефектов в виде темных пятен, форма и размер которых точно соответствует дефектам в диэлектриче­ской пленке. Процесс изображен на рисунке 1.

Электрофорез.

Электрофорез – движение заряженных частиц, находящихся в виде суспен­зии в жидкости, в электрическом поле между двумя электродами на одном из которых происходит осаждение частиц.

Процесс включает в себя: стадию заряда частиц, транспортирования в электрическом поле и осаждения. Положительно заряженными частицами оказываются частицы гидроокисей металлов, органических красителей, отри­цательно заряженными - частицы металлов, сульфидов и др. Ячейка для элек­трофореза представлена на рис. 2.

В качестве электролита используется ацетон или метиловый спирт. Расстояние между электродами 5 мм, время процесса 3 мин., напряжение до 80В.

При малой толщине окисла <<0,02 мкм наблюдаются дефекты, локализо­ванные непосредственно вблизи поверхности полупроводника (возможно, они возникли после механической полировки поверхности). До 0,04 мкм плот­ность выявленных дефектов возрастает, а затем быстро падает (рис.3).

Рисунок 1 – Принципиальная схема установки для электрохимической автогра­фии

1 – анод; 2 – кремниевая подложка;

3 – диэлектрическая пленка;

4 – мембранная бумага;

5 – катод.

Рисунок 2 – Испытательная ячейка для электрофореза

1 – исследуемая структура; 2 – электрододержатель;

3 – электролит; 4 – второй электрод (катод).

Рисунок 3 – Зависимость плотности дефектов от толщины слоя SiO2

Этот характер кривой можно объяснить дополнительным выявлением сквозных дислокаций через тонкую пленку окисла. При более толстом слое окисла d = 0,04 мкм эффект сквозных дислокаций ослабевает, выявляются только несквозные дефекты. При толщинах более 0,08 мкм выявляются де­фекты, образованные в результате осаждения пленок. Как видно из рис. 4 плотность пор, выявленная методом электролиза (нижняя кривая), много меньше плотности дефектов, выявленных электрофорезным декорированием (верхняя кривая), в связи с тем, что электролиз не способен выявить "скры­тые дефекты" и выявляет только сквозные поры. Электрофорез позволяет об­наруживать следующие виды дефектов: сквозные и несквозные поры окисла, скопления примесей вблизи поверхности.

Декорирование с помощью коронного разряда.

Этот метод является модификацией электрофорезного декорирования. На первом этапе процесса ионы коронного разряда осаждаются на поверхность образца и заряжают диэлектрические участки пленки. Этот заряд создает электрическое поле. Источником положительно заряженных ионов служит проволочная сетка, подсоединенная к высоковольтному источнику постоян­ного тока, обеспечивающему напряжение до ±10 кВ и ток до 6 мА. Сетка рас­полагается в 2 см над пластиной.

Рисунок 4 – Зависимость плотности дефектов от приложенного напряжения для методов

1 – электрофореза; 2 – электролиза.

На втором этапе образец погружается в суспензию, состоящую из заряжен­ных частиц.

При совпадении знаков зарядов осаждаемых частиц и диэлектрической пленки осаждение частиц идет в местах дефектов - происходит прямое деко­рирование, которое менее полезно, чем обратное, так как дефекты оказыва­ются закрытыми осадком.

При противоположных знаках зарядов частиц и диэлектрической пленки, частицы осаждаются всюду, кроме дефектов и окружающих их областей. Та­кой процесс называется обратным декорированием. Недостатком метода явля­ется необходимость работы с высокими напряжениями и необходимость тща­тельной очистки поверхности пластины.

Рисунок 5 – Схема процесса осаждения заряженных частиц на заряженную подложку

а) прямое декорирование; б) обратное декорирование

Сравнительная оценка параметров электрохимических методов обнаруже­ния дефектов в слоях двуокиси кремния представлена в таблице 1.


Таблица 1

Сравнительные характеристики параметров электрохимических ме­тодов контроля

Название метода Чувствительность, мкм Разрешающая способность, мкм
Электролиз (пузырьковый) 0,3 40-60
Электрография: а) Цветные реакции 0,5 2-5
б) На фотобумаге 0,1 - 0,3 200 - 300
Электрофорез 0,1 - 0,3 10-30
Декорирование с помо­щью коронного разряда 1 -5

Оптический контроль

Оптические методы неразрушающего контроля основаны на анализе взаимо­действия оптического излучения с объектом контроля. Методы оп­тического контроля и области их применения приведены в ГОСТ 23479-79 и ГОСТ 24521-80.

Спектр оптических излучений подразделяется по длине волны на три уча­стка: инфракрасное излучение (от 1 мм до 780 нм), видимое излучение (от 780 нм до 380 нм) и ультрафиолетовое излучение (от 380 нм до 10 нм).

Разрешающая способность оптических методов:

где А – коэффициент преломления среды (материала между наблюдаемым

объектом и линзами);

л – длина волны.

2 б – максимальный угол при вершине конуса лучей, попадающих в точку

изображения на оптической оси;

D – числовая апертура линз объектива;

F – фокусное расстояние;

D – диаметр апертуры (диафрагмы) (см. рис. 6).

Для самых лучших современных объективов величина А , в случае воздуха, может достигать 0.95, а при заполнении пространства между объектом и объ­ективом маслом эта величина может быть увеличена до 1,5. Разрешение самых лучших оптических микроскопов достигает 0,3 мкм. Оптическими методами можно контролировать качество кристаллов и оснований ИС, монтажа, свар­ных и паяных соединений, плёнок и т. д. Основные методы оптического кон­троля приведены в таблице 2.

Рассмотрим наиболее часто применяющиеся методы оптического контроля в технологии РЭСИ.

Визуально-оптический контроль.

Одними из наиболее распространённых приборов визуального контроля являются микроскопы - бинокулярный, стереоскопический и проекционный. Точность контроля объекта при работе с проекционным экраном несколько меньше, чем при наблюдении в окуляр.

Бинокулярные и проекционные микроскопы можно разделить на «эписко-пические», (для контроля в отражённых лучах) и диаскопические (для кон­троля в проходящих лучах).

Оптическая схема эпископического проектора представлена на рис. 7. Контроль осуществляется в светлом поле зрения. Основным недостатком яв­ляется малая яркость и недостаточная контрастность изображений.

Диаскопические проекторы представляют собой либо просмотровую лупу создающую мнимое, прямое, увеличенное изображение, либо проекционное устройство, создающее действительное, обратное, увеличенное изображение. Различают линзовые и зеркальные диаскопы. Оптическая схема линзового диаскопа представлена на рис. 8. Рассматривание кадра осуществляется при освещении либо от специального источника света с искусственной подсвет­кой, либо на каком-нибудь ярком фоне с естественной подсветкой. Оптиче­ская схема зеркального диаскопа представлена на рис. 9.

Интерферометрический контроль.

Среди интерферометрических выделяют три характерных метода.

Цветовой метод. Основан на свойстве тонких прозрачных плёнок, нане­сённых на отражающую подложку, менять свой цвет в зависимости от толщи­ны (явление интерференционных световых лучей, отражённых от границы раздела «плёнка — воздух» и «плёнка — подложка»). Цвета плёнок двуокиси кремния в зависимости от толщины приведены в таблице 3.

Рисунок 6 – Оптическая схема


Рисунок 7 – Оптическая схема эпископического проектора

Таблица 2

Оптические методы неразрушающего контроля и области их применения.

Название метода Область при­менения Контролируе­мые параметры Чувст­витель­ность Отно-ситель ная по­греш­ность, % Факторы, ограничиваю­щие область применения
1. Визуальный Дефектоскопия, контроль размеров Дефектность, отклонение от заданной формы изделия 0,1 мм - Диапазон длин волн должен быть 0,38 - 0,76 мкм
2. Визуально – оптический Дефектоскопия с помощью микроскопов и проекционных устройств Размеры изделий, дефектов, отклонений от заданной формы 0,6 А 0,1-1,0 Минимальная яркость объекта контроля не менее 1 кд/м2
3. Фотометрический Контроль параметров осаждения тонких пленок Интенсивность излучений, отражаемых или пропускаемых контролируемыми структурами 0,6 А 5 -
4. Реф-лексомет-рический Контроль шероховатости поверхности изделий Коэффициент отражения 0,6 А 1,0 -
5. Денси-тометри-ческий Контроль оптической плотности прозрачных пленок Коэффициент пропускания, оптическая плотность А 1,0 Применим для нерассеи-вающих прозрачных сред
6. Нефе-лометри-ческий Анализ структуры кристаллов Коэффициент рассеивания, концентрация включений 0,6 А 1,0 -
7. Реф­ракцион­ный Контроль оп­тических сред Показатель преломления 0,6 А 0,01 Применим для оптиче­ски прозрач­ных сред
8. Интер-феромет-рический Контроль тол­щины, шеро­ховатости и размеров из­делий Толщина, раз­меры изделий 0,1 0,1 Поверхность изделий должна быть отполирован­ной
9. Ди­фракци­онный Контроль размеров тон­ких волокон, формы острых кромок, от­верстий Диаметры во­локон, разме­ры дефектов, острых кромок 0,1 1,0 Размеры де­фектов долж­ны быть сравнимы с длиной волны света
10. Спек­тральный Контроль спектральных характеристик изделий в проходящем и отраженном свете Спектральные коэффициен­ты отражения, поглощения, пропускания, концентрация вещества 10-4 1,0 -
11. Поля­ризаци­онный Контроль на­пряжений в прозрачных средах, анализ степени поля­ризации ис­точников све­та, эллипсо-метрическая толщиномет-рия (одновре­менно кон­троль толщи­ны и показа­теля прелом­ления) Вращение плоскости по­ляризации, толщина и показатель преломления
1,0 Применим только для оптически прозрачных сред
12. Стро­боскопический Дефектоско­пия и размер­ный контроль подвижных объектов Угловая ско­рость, дефект­ность 10-6 с 5,0 -
13. Голо-графиче­ский Контроль геометрии объектов сложной формы (фотошаблонов). Деформации, перемещения, отклонения от заданной формы, гради­енты показа­теля прелом­ления 0,1 1,0 -
14. Теле­визион­ный Оптический анализ струк­туры веществ, измерение линейных размеров Размеры де­фектов
1,0 -

Таблица 3


Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.