Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata Dr. Mizsei János.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata Dr. Mizsei János."— Előadás másolata:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata Dr. Mizsei János Somlay Gergely

2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 2 Optikai vizsgálatok - Bevezetés ► Kontaktus mentes vizsgálat ► Minimális mintaelőkészítés szükséges ► Számos piaci berendezés létezik  Egyszerűbb használat  Automatizált ► Nagy érzékenység érhető el ► UV-től a távoli infravörösig

3 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 3 Optikai vizsgálatok alapelvei ► Három nagy kategória:  Fotometria  Interferencia  Polarizáció

4 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 4 Optikai mikroszkópia ► Sokoldalú és könnyen használható ► A 0.6 – 0.8 µm-nél nagyobb integrált áramköri alakzatok vizsgálhatóak ► Szubmikronos tartományban elektronsugaras mikroszkóp ► Polarizáló szűrőkkel és interferencia kontraszt segítségével javítható ► Részecskeelemzésre is használható (1 µm felett)  Részecske atlaszok segítik az azonosítást

5 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 5 Optikai mikroszkóp felépítése ► Két fő rész:  Objektív és okulár ► Összetett mikroszkópokban 6 vagy több összetett lencséből állnak ► A teljes nagyítás az objektív laterális nagyítása és az okulár szögnagyításának az eredménye ► Sztereómikroszkópok két mikroszkópból épülnek fel, ahol mindkettő független képet alkot ugyanarról a területről

6 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 6 Optikai mikroszkóp felbontása 1. ► Diffrakció:  A belső folt az Airy vagy diffrakciós korong ► Megfelelő világítás mellett a detektálható elszigetelt objektumoknak nincs alsó mérethatára

7 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 7 Optikai mikroszkóp felbontása 2. ► Az objektumok nem pontszerűek ► Két s távolságra lévő objektum átfedő képeket eredményez ► Ha túl közel vannak nem lehet a két objektumot megkülönböztetni ► Ha az egyik kép maximuma a másik első minimumába esik, akkor 80%-os kioltás érhető el ► Innen a felbontás:  n refrakciós együttható, NA numerikus apertúta

8 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 8 Világos és sötét terű mikroszkóp ► Világos terű mikroszkóp:  A mintára merőleges a beeső fény  A vízszintes felületek tükrözik vissza a legtöbbet ► Sötét terű mikroszkóp:  Kis szögű beesés  A ferde és függőleges felületekről visszaverődő fény éri el csak a lencsét  Kis felületi szabálytalanságok megfigyelésére alkalmas

9 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 9 Konfokális optikai mikroszkópia ► Három dimenziós képek készíthetőek és javítható a kontraszt ► Egyszerre egy pontot vizsgál, ezért a képalkotáshoz végig kell pásztázni a felületet ► A felbontás: ► A diffrakciós mintában kisebb a központi csúcson kívüli energia

10 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 10 Konfokális mikroszkóp működése ► Egyszerre egy sík van fókuszban ► Adott magasságokban végigpásztázzák a felületet ► A kapott 2D-s képekből áll össze a 3D-s

11 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 11 Konfokális mikroszkóp felépítése

12 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 12 Közeltéri optikai mikroszkópia ► A hagyományos távoltéri mikroszkópia felbontása maximum λ/2 a diffrakciós effektusok miatt ► Közeltéri mikroszkópiával λ/200 felbontás érhető el ► A felületet az alkalmazott fény hullámhosszánál kisebb nyíláson keresztül világítjuk meg és a detektálás is a hullámhossznál kisebb távolságban történik

13 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 13 Ellipszometria ► Kontaktusmentes, noninvaziv ► A felületről visszaverődő fény polarizációjának vizsgálata ► Vékonyrétegek vastagságmérésére és optikai állandók meghatározására alkalmas ► A több síkról visszavert hullámok interferálnak ► Ezek a beeső fény szögétől függenek

14 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 14 Ellipszométer ► A fény párhuzamos és merőleges reflexiós tényezője nem mérhető külön ► A komplex reflexiós tényező vagy az ellipszometrikus szögek viszont igen:

15 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 15 Vékonyréteg vastagságának mérése ► 1 nm-es réteg is mérhető vele ► Korlátozások:  Egyenletes optikai tulajdonságok  Éles réteghatár  Makroszkópikus Maxwell egyenletek ► Vastagabb rétegeknél a visszavert hullámok fázisa eltolódhat, ez okozza a Ψ és Δ paraméterek ciklikusságát

16 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 16 Transzmisszió ► Transzmissziós optikai mérésekkel határozható meg az abszorpciós tényező ► A sekély szennyezők jól vizsgálhatóak, de a mély szennyezőket is kimutathatóak ► A mintán áthaladó fényt a hullámhossz függvényében vizsgálják (infravörös spektroszkópia)

17 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 17 Monokromator ► Transzmissziós vizsgálatoknál használt ► A mintára csak egy λ hullámhossz körüli szűk Δλ hullámhossztartományt enged ► A szűrést a nyílások végzik, a prizma felbontja a beeső fényt ► Kiszűrhetőek az elektron - lyuk párokat keltő hullámhosszok ► Hátránya, hogy lassú, kicsi a jelerősség és rossz a jel/zaj viszony

18 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 18 Fény szóródás ► A felületről visszavert fény szóródását mérik ► A fény hullámhosszánál kisebb részecskék is kimutathatóak a felületen ► Izolált részecskére a szórt fény arányos az optikai szóródás keresztmetszetére:

19 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 19 Interferencia mikroszkópia ► Kontaktusmentes módszer objektumok vízszintes és függőleges kiterjedésének mérésére ► A függőleges méreteket fázistolásos interferometriával határozzák meg. A felbontás 1 nm ► A visszavert fény egy interferencia objektíven halad át, ami a kontúrokat adja meg ► Az eredő intenzitás:

20 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 20 Interferometrikus mikroszkópok ► Mirau és Linnik mikroszkópok:

21 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 21 Csíkszélesség meghatározása ► A csíkszélesség csökkenésével egyre nehezebb ► Mérési lehetőségek:  elektromos  optikai  pásztázó mérőtűs  pásztázó elektronmikroszkópos ► Három fontos tényező:  Pontosság  Rövid távú stabilitás  Hosszú távú stabilitás

22 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 22 Optikai – fizikai módszerek ► Az egyik legérzékenyebb technika az atomerő mikroszkóp (AFM) ► Egy mechanikai tű pásztázza végig a felületet és a profilt rögzítik ► Függőleges irányban érzékenyebb, mint vízszintesben. Vízszintes felbontás ~10 angstrom ► A felvett profil függ a tű alakjától

23 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 23 Fotolumineszcencia ► Sekély szennyezőanyagok kimutatására alkalmas ► Az azonosítás egyszerű, de a sűrűség meghatározása nem ► Csak a sugárzó rekombinációjú szennyezők mutathatóak ki vele ► Mérés folyékony He hőmérsékleten a termikus rekombináció és a hőtágulás minimalizálásához ► Lézersugárral elektron – lyuk párokat gerjesztenek és a sugárzó rekombinációt vizsgálják ► Az intenzitás:

24 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 24 Fotolumineszcenciás berendezés

25 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 25 Emissziós mikroszkópia ► A minta elektromos gerjesztésre adott fénykibocsátását vizsgálják ► A hibák helyének meghatározására használják  A chipet megvilágítják és rögzítik a rajzolatot  Világítást lekapcsolják és feszültséget adnak a chipre  A kisugárzott fényt rögzítik  A két képet összevetik ► A képrögzítés történhet élőről vagy hátulról  Elöl a fémezések zavarhatnak  Hátoldali felvétel esetén a chipet el kell vékonyítani (50 μm)

26 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 26 Emissziós mikroszkópfelvétel

27 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 27 Raman spektroszkópia ► Szerves és szervetlen anyagok kimutatására, krisztallitok mérésére és belső feszültségek kimutatására alkalmas ► A szóródásos vizsgálatnál a szórt fény hullámhossza nagyrészt a beeső fény hullámhosszával megegyezik (Raleigh szóródás), de egy része az anyaggal való kölcsönhatás miatt ettől eltér (Raman szóródás) ► Mivel a Raman szórt fény nagyon gyenge, ezért nagy teljesítményű monokromatikus fény kell

28 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 28 Raman spektroszkóp ► A fényforrás egy lézer általában 5 mW teljesítmény alatt (melegedés és a hőbontás elkerülése) ► A Raman fényt egy dupla monokromatoron halad át, hogy a Raleigh fényt kiszűrje ► A szűrt fényt egy fotodetektor érzékeli ► A flourescensz hatások lecsökkentik a használhatóságát

29 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 29 Kémiai és fizikai vizsgálatok ► Specializáltak és bonyolultabb berendezések szükségesek ► Az alapelvük hasonló: a beeső sugárnyaláb (elektron, ion vagy foton) visszaszóródását vagy a másodlagos részecske emissziót mérik ► Ezek tömege, energiája és hullámhossza a célpont jellemzőitől függ ► Felbontási tartományok:

30 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 30 Elektronsugaras technikák ► Vizsgálható az abszorpció, emisszió, reflexió, transzmisszió

31 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 31 Pásztázó elektron mikroszkópia ► Elektron mikroszkópok lehetnek pásztázók, transzmissziósak és emissziósak ► Az első kettőnél a beeső elektronsugár alkotja a képet, míg az emissziósnál a minta az elektronforrás ► A tipikus elektron energia: 10 – 30 keV ► Az optikai mikroszkópokhoz hasonló működés, de jóval nagyon nagyítás érhető el (kis hullámhossz)

32 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 32 Pásztázó elektron mikroszkóp ► A szekunder (másodlagos) elektronokat Everhart – Thornley detektorral lehet mérni ► A beeső elektronok hatására a scintilláló anyag fényt sugároz ki

33 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 33 Elektronmikroszkóp felbontása ► Pásztázó elektronmikroszkópnál a beeső sugár átmérője 1 – 10 nm, de a felbontás ennél kisebb

34 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 34 Feszültség kontraszt ► Elektronsugaras technika hibaanalízisre ► A szekunder elektronokat a lokális elektromos térerő eltéríti ► A mechanikus vizsgálatnál nagyobb felbontás és nincs kapacitív csatolás

35 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 35 Elektronsugár indukálta áram - EBIC ► Elektromosan aktív szennyezők mérésére alkalmas ► Az elektron sugár átmenetekben keltette kisebbségi töltéshordozók mérésén alapul ► A generációs ráta: ► A kisebbségi elektronkoncentráció p típusú szubsztrátban: ► A kisebbségi töltéshordozókat egy pn átmeneten detektálják

36 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 36 Auger elektron spektroszkópia ► Az Auger effektust használja ki ► A felület kémiai tulajdonságait lehet vizsgálni ► 0.5 – 5 nm behatolási mélység

37 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 37 Auger elektron spektroszkóp ► Felépítése: elektronágyú, elektronsugár vezérlő, elektron energia analizátor és adatelemző ► Az emittált elektronokat fékező térrel, hengeres türkös analizátorral (CMA) vagy félgömb analizátorral detektálják

38 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 38 Elektron mikropróbás vizsgálat ► Elektronsugaras bombázás hatására keletkező röntgensugárzást méri ► Sok esetben egybe van építve egy SEM-mel ► A röntgensugárzás energiája a minta anyagától függ ► Nem igazi felületelemzés, mert a sugárzás mélyebben keletkezik

39 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 39 Elektron mikropróbás műszer ► A detektort kivéve a felépítése megegyezik a SEM-mel ► Kétféle detektor:  Energia diszperziós (EDS)  Hullámhossz diszperziós (WDS)

40 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 40 Transzmissziós elektron mikroszkópia ► Felépítésük hasonlít az optikai mikroszkópokéhoz ► 0.15 nm-es felbontás érhető el ► Korlátozott mélységi felbontás ► A képet a mintán áthaladt és előre szórt elektronok diffrakciós képe adja

41 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 41 Transzmissziós elektronmikroszkóp

42 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 42 Ionsugaras technikák ► Vizsgálható az abszorpció, emisszió, reflexió, transzmisszió

43 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 43 Másodlagos ion tömeg spektroszkópia ► A SIMS az egyik legsokoldalúbb félvezető vizsgálati módszer ► Minden anyagot detektálható vele, valamint izotóp és molekula vizsgálatra is alkalmas ► Adalékprofil meghatározása

44 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 44 Rutherford visszaszórásos spektroszkóp ► A felületről visszaszóródó ionok vagy részecskék mérésén alapul ► A felületet tipikusan He ionokkal bombázzák (1 – 3 MeV) és a visszaszórt ionok energiáját mérik ► A minta anyagának tömegét és mélységi eloszlását lehet meghatározni (10nm – μm) ► Kinematikus faktor:

45 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 45 RBS spektrumvizsgálat

46 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 46 Röntgensugaras technikák ► Vizsgálható az abszorpció, emisszió, reflexió, transzmisszió

47 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 47 Röntgensugaras fluoreszcencia ► Az elnyelt röntgensugárzás hatására elektronok lépnek ki, helyükre a magasabb energiaszintről leeső elektronok röntgensugárzást bocsátanak ki, ► Nemdestruktív vizsgálati módszer ► Megadja az átlagos összetételt, de profilmeghatározásra nem alkalmas ► A karakterisztikus másodlagos röntgen sugárzás:

48 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 48 Röntgensugaras fotoelektron spektroszkópia (XPS) ► Kémiai elemek azonosítására alkalmas a felületen ► Röntgensugárzás segítségével bármelyik sávból kimozdíthatóak az elektronok ► A kötő energia és a kilépő elektron energiája közötti összefüggés:

49 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 49 Röntgensugaras topográfia ► Nemdestruktív módszer szerkezeti kristályhibák vizsgálatára ► Csak a szerkezetről ad információt, a szennyező anyagokról nem ► A visszavert sugár diffrakciós képét vizsgálják ► A Bragg szög:

50 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 50 Pásztázó mérőtűs (közeltéri) mikroszkópiák ► Egy hegyes mérőtű pásztázza végig a felületet ► Két és három dimenziós képalkotás ► 0.1 nm-es laterális és 0.01 nm-es vertikális felbontás érhető el

51 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 51 Pásztázó alagút mikroszkóp ► A felülettől ~1nm távolságban van a tű ► A felület és a tű hegye közötti alagútáram ~1nA ► Az áramsűrűség:

52 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata 52 Atomerő mikroszkóp ► A minta és a mérőtű közötti erő mérésén alapul ► Szigetelő anyagok is vizsgálhatóak ► A függőleges felbontás a konzol hosszától függ ► Érintkezéses és nem érintkezéses (Van der Waals erő mérése) üzemmód


Letölteni ppt "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium szeletek felületi vizsgálata Dr. Mizsei János."

Hasonló előadás


Google Hirdetések