Устройство для контроля полупроводниковых структур по фотоответу Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 G01R31/26 

Изобретение относится к иэмеритепьгной технике и может быть использовано

О

в эпектронной промышленности дпя неразрушающего контроля и анализа полупроводниковых структур.

Известно устройство для бесконтакт1ЮГО измерения потенциалов, содержащее электронную оптическую систему для сканирования пуча, исследуемую инте грапьную схему (ИС), камеру, систему механической фиксации ИС в камере, коллектор вторичных электронов и спектрометр, В этом устройстве измеряющим зондом служит электронный луч растрового электронного микроскопа (РЭМ). Электронный луч, направленный на измеряемук точку, создает поток вторичньтх электронов, электроны проходят через сетку коллектора вторичных эпектрочрв, попадают на электроды, размещенные за коллектором и направляются в спектрометр для-определения энергии рассеянных вторичных электронов 1 J

К недостаткам указанного устройства относятся необходимость создания в камере с исследуемой ИС высокого ваку ума и возникновение повреждений ИС в процессе облучения высокоэнергетичес- КИМ пучком электронов.

Наиболее близким к предлагаемому но технической с тцности является лазерный сканирующий микроскоп для анализа полупроводниковых структур микроэлектроники, содержащий источник лазерного излучения, систему сканирования , оптическую систему, исследуемую полупроводниковую структуру, усилитель и видеоконтрольное устройство (ВКУ).Ана:ш полупроводниковых структур может производиться визуально по фотоответному изображению в режиме Модуляция яркости, при этом сигнал фотоответа подается на модулятор электронно-лучевой трубки ВКУ, и количественно в режиме Модуляция отклонения, при этом сигна фотоответа складывается с сигналом кадровой развертки и подается в канал вертикального отклонения ВКУ. При отключении кадровой развертки имеет мест режим Линейное сканирование, позволяющий получить информацию о топологии и величине фотоотвега вдоль одйой строки 2.

Недостатками известного устройства являются низкая производительность v ,. точность контроля при измерении величины фотоответного сигнала в заданной точке поверхности структуры. Это.вызва но тем, что измерение прр Еэводйтся с

применением значительного числа ручных операций. Так, например, для измерения фотонапряжения в заданной точке необходимо выделить выбранную точку на

фотоответном изображении в режиме Модуляция яркости, затем в ретсиме Ли1юйное сканирование получить на экране ВКУ осциллограмму одной строки фотоответного изображения, содержащую заданную точку и, выделив местонахожде:ние заданной точки на осциллограмме, произвести в ней измерение фотоответного напряжения путем сравдания с амплитудой калибровочного сигнала. Точность таких измерений по осциллографическому изображению не превышает +10%.

Цель изобретения - повыщение быстро- действия контроля при измерении величины фотонапряжения в заданной точке .поверх-

ности полупровойниковой структуры.

Для достижения указанной цели в устройство для контроля полупроводниковых структур по фотоответу, содержащее источник лазерного излучения, выход которого соединен с первым входом блока

сканирования, выход которого подключен к к входу оптической системы, выход которой связан с полупроводниковой структурой, вь1хоц которой соединен с входом

усилителя, выход которого подключен к первому входу видеоконтропьного блока, первый и второй выходы генератора с:инхроимпупьсов соединены с вторым и третьим входами блока сканирования соответственно, введены первый и второй ждущий мультивибраторы, первый и вто{мэй формирователи импульсов, блок совпадения, формирователь метки, коммутатор и импульсный вольтметр, причем

входы первого и второго ждущих мультивибраторов подключены к первому и второму выходам генератора синхроимпульсов и второму и третьему входам видеоконтрольного блока соответственно, выходы первого и второго ждущих мультивибраторов соединены через первый и второй формирователи импульсов с первым и вторым входами Яблока совпадения соответственно, выход которого соединен с

управляющим входом коммутатора и через 4юрмироватепь метки - с четвертым входом видеоконтродьного блока, первый вход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, выход которого подключен к . входу импульсного вольтметра.

, На чертеже представлена структурйая скема предлагаемого устройства. Лазерный пуч источника 1 пазерного излучения направляется на бпок 2 сканирования, с которого поступает в оптическую систему 3, а затем на исспедуемую попупроводниковую структуру 4. Выход иссгаедуемой полупроводниковой структуры 4 соединен с входом усилителя 5 фотонапряжения, выход которого соединен с первым входомвицеоконтропьного блока (ВКБ) 6. Синхронная работа всего устройства задается генератором 7 синхроимпульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми и вторыми входами синхронизации блока 2 сканирования, блока 6 и блока 8 управления, состоящего из первого и второго ждущих мультивибраторов 9 и 1О, первого и второго формирователей 11 и 12 импульсов и блока 13 совпадения. Выход блока 8 управления соединен с входом формирсжателя 14 метки и с входом коммутатора 15, второй вход соединен с выходом усилителя 5, а выход электронного коммутато ра 15 соедиией с входом импульсного . вольтметра 16. Выход формирователя 14 метки соединен с вторым сигнальным входом блока 6. Устройство работает следующим образом. Лазерный луч от источника 1 лазерного излучения развр1 чивается в растр блоком 2 сканировадая, фокусируется оптичесхой системой 3 и сканирует по поверхности исследуемой полупроводниковой структуры 4, в результате чего возникает наведейное фотонапряжение. Сигнал наведенного фотонапряжения усиливается ускпителем 5 фотонапряжения и поступает на первый сигнальный вход ВКБ 6. . Развертывание по строкам фотоответного изображения на экране ВКБ 6 и построч ное сканирование лазерным пучом поверхностИ исследуемой полупроводниковой стр туры 4 производится синхронно путем подача на первые и вторые входы синхронизации блока.2 сканирования и ВКБ 6 синхроимпульсов соответственно с первого и второго выходов генератора 7 синхроимпульсов. При этом с первого выхода генератора 7 синхроимпульсов снимают строчные синхроимпульсы, а с второго выхода - кадровые синхроимпуль сь. Синхроимпульсы с первого и второго выходов генератора 7 синхроимпульсов поступают соответственно на первый и второй входы блока 8 управления. Блок 8 управления предназначен для запуска формирователя 14 метки, электронного коммутатора 15 и управления перемещением метки по экрану ВКБ 6. Для этого поступающие на первый вход блока 8 управления строчные синхроимпульсы запускают ждуШий мультивибратор 9, формирующий импульсы с длительностью, регулируемой в пределах длительности одной строки, задним фронтом которых запускается формирователь 11 импуль COJ3. Аналогично псютупающие. на второй вход блока 8 управления кадровые синхроимпульсы запускают ждущий мультивибратор 1О, формирующий импульсы с длительностью, регулируемой в пределах длительности одного кадра, задним фронтом которых запускается формирователь 12импульсов, формирующий импульсы длительностью равной длительности одной строки. С формирователей 11 и 12 импульсов импульсы поступают соответственно на первый и второй входы блока 13совпадения. В мсмент поступления, импульсов одновременно на два входа блока 13 совпадения m его выходе формируется импульс. Регулировкой длитепьгности {{мпульсов ждущих мультивибраторов 9 и Ю и, следовательно, регулировкой задержки запуска формирователей 11 и 12 импульсов относитепьно начала соответственно строки и кадра получают на выходе блока 13 совпадения импульсы с . заданной задержкой относительно начала развертывания изображения на экране ВКБ 6, которые сиедуют с частотой кадров. Импульсы с выхода блока 8 управления одновременно посту пают на формирователь 14 метки и ва перный вход электронного коммутатора 15. С выхода формирователя 14 метки импульсы поступают на второй вход ВКБ 6 и на телевизионном экране высвечЕвается яркостная метка. Одновременно электронный коммутатор 15 подкшочает к выходу усилителя 5 фотонапряжения импульсный вольтметр 16, который иэмеряет мгновенное значение напряжения, соответствующее фотонапряжению.в точке., высвечивания яркостной меткой.Для измере ния фотонапряжения в заданной точке попу проводниковой структуры 4 необходимо подключить импульсный вольтметр 16 в момент прохождения пазерного пуча по соответствующей точке на поверхности полупроводниковой структуры 4. Так как сканирование поверхности полупроводш ковой структуры 4 производится синхро но с разверткой фотоотвегного изображения на экране ВКБ 6, для измерения фотонапряжения в заданной точке необходи10МО с помощью бпока 8 управ пешет, регупируя задержку запуска формироватепя 14 метки, совместить яркоствую метку с заданной точкой на фотоответном изображении, при этом импупьсы с выхода бпока 8 управпения одновременно подключат через эпектронный коммутатор 1 импупьсный вольтметр 16 к выходу усипитепн 5 фотонапряжения, и измеренное |импупьсным вольтметром 16 мгновенное значение напряжения будет соответство вать фотонапряжению в выбранной точке на фотоответном изображении. С цепью контроля или анализа полупроводниковой структур. по фотоответу измеряют фотонапряжение в заданных контрольных точе на фотоответном изображении исспедуемой структуры и сравнивают его со значениями фотонапряжения, полученными в тех же точках пля эталонной полупроводниковой стрзгктуры. По результатам количественного сравнения в контрольных точках судят о ка3честве исследуемой структуры или о наличии дефекта и его местонахождении. Высокая производительность контроля и точность совмещения с заданной точкой поверхности полупроводниковой структуры позволяет использовать данное устройство для покапиэации мест микроплазмы, каналов утечки и различнь1Х неоднородностей в -переходах. Использование предлагаемого устройства возможно на этапах изготовления кремниевых пластин, полупроводниковых приборов и интегральных схем. Контроль полупроводниковых материалов позволяет отбраковать дефектные пластины на ранних стадия производства полупроводнир новых щзиборов, а контроль и анализ : полупроводниковых приборов позволит обеспечить повышение выхода годных изделий и повысит технико-экономические показатели производства за счет совершенствования технологии производства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР ПО ФОТООТВЕТУ, источник лазерного из чения, выход которого собдинен с периым входом блока сканирования, выход которого подключен к входу оптической системы, выход которой связан с попупроводтисовой структурой, выход которой соединен с входом усилителя, выход которого подключен к первому входу видеоконтрол1 ного блока, первьтй и второй выходь генератора си хроимпупьсов сс)единены с вторым и третьим входами блока сканирования соответственно, отпичающеес я тем, что, с целью повышетш быстродействия, в него ведены первый н второй ждущий мультивибраторы, первый и второй формй1Х)ватели импульсов, блок совпадения, формирователь метки, к 4мутатор и импульсный вольтметр, причем входы первого и второго ждущих мультивибраторов подключены к первому и второму выходам генератора синхроимпульсов и второму и третьему входам видеоконтрольного блока соответственно, выходы Первого и второго ждущих мультивибраторов соедитены через первый и второй фо н«пфоватепи импульсов с первым и вторым входами блока совпадения соответственно, выход которого сое(Л динен с управляющим Ьходом коммутатора и через формирователь метки - с четвертым входом видеоконтрольного блока, первый вход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, выход которого подключен к входу импульгсного вольтметра.