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集成电路技术和产业在国家信息技术产业中处于基础和核心的地位,我国非常注重集成电路产业的发展,目前我国集成电路产业得到了较快的发展,为了使我国将来的集成电路产业能够快速、稳定、健康地发展,我们需要制造出质量更好、可靠性更高的集成电路产品,因此我们需要用检测技术来检验产品是否合格。集成电路的检测技术是提高集成电路成品率、合格率、可靠性和降低集成电路制造成本的关键技术,我国也非常欠缺这方面的先进技术。
当今这个信息爆炸的时代,我们需要以集成电路为基础的各种信息技术手段来处理和储存大量的信息,这就对集成电路的集成度、处理速度、功能等提出了更高的要求,一方面由于芯片面积不能任意扩大,因此必须提高集成电路的集成密度,另一方面集成电路中每个元件和电路已经缩小到微米、亚微米和深亚微米量级。然而,特征图形尺寸不能任意缩小,因而要发展多层结构电路。多层电路的层与层之间需要氧化层绝缘,并需要在已经完成的芯片表层制作钝化层来保护电路。但当今主流的检测技术均无法无损地透过绝缘层与钝化层进行集成电路的显微内窥缺陷检测。
为了能很好地研究现代创新的无损检测技术,应用其来检测现代特征尺寸微小、具有多层结构的集成电路,这就必须深入了解现代集成电路的结构和制作工艺和现有的集成电路检测技术。因此,本文首先介绍了现代集成电路制造工艺和现有的集成电路主要检测技术。知道多层结构的现代集成电路的层与层之间需要氧化层绝缘,并需要在已经完成的芯片表层制作钝化层来保护电路。然而现有的集成电路检测技术和现有的扫描电子显微镜技术不能透过绝缘层来实现无损显微检测集成电路。
因此,本文选择了我的导师胡问国教授研制成功的,并在国际上处于前沿的,能透过表面钝化层与绝缘层无损显微检测集成电路的新技术——“电子束无损显微透过表面绝缘层内窥透视集成电路检测法”进行研究。本文在导师指导下进行了两项研究工作,并取得了很好的研究结果:
(1)对一块表面有绝缘层而没有金属布线电路层的PN结样品,在20KV电子加速电压,150倍的放大倍数的情况下,分别对PN结样品同一区域进行传统二次电子像和创新方法透表图像的检测,对所得的结果进行对比分析,传统二次电子无法穿透表面绝缘层成像,而透表法可以穿透表面绝缘层成透表图像,可观测到样品表层下面的微结构,从而证明了透表方法的可行性与创新性。两次更换PN样品,试验表明了二次电子像可以隐约看到绝缘表层下面的微结构,但和同一区域在同样放大倍数下的透表方法所得的图像比较,发现透表图像的清晰度比二次电子像高,而且还可以清晰显示硅衬底存在的缺陷,结果表明了透表检测创新方法用于缺陷分析的良好前景,此方法可行性好,可靠性高。
(2)对一整块已经封装好的芯片,对其表面没有做任何处理,放到透表检测仪中进行透表检测,用所得到的结果透表图像与传统SEM检测方法的结果二次电子像进行比较分析,二次电子像只能观测到芯片表层金属布线结构,而透表方法的图像可以观测到芯片表层金属布线下面的器件微结构,试验证明透表检测方法可以用于无损显微内窥集成电路的微结构与集成电路的失效性分析。
论文的最后,探讨透表显微内窥法作为一种集成电路可视化无损检测方法的优越性以及将来的发展方向和下一步研究工作。
本文的研究结果在国际上尚未发现类似的报道,得到了即将在日本召开的第22届国际真空纳米电子学会议(IVNC2009)的认可,所投寄的论文已经被IVNC2009录用为会议论文。