Электрофизика статистических и релаксационных процессорных средств параметрического контроля интегральных микросхем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ
|
Крылов, Владимир Павлович
АВТОР
|
||||
|
доктора технических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Владимир
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1998
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.13
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
;тб с:;
2 7 ОНТ 1998
На правах рукописи
КРЫЛОВ ВЛАДИМИР ПАВЛОВИЧ
ЭЛЕКТРОФИЗИКА СТАТИСТИЧЕСКИХ И РЕЛАКСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Специальность 01.04.13 - "Электрофизика"
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
АВ ТОРЕФЕРАТ
Москва 1998
Работа выполнена во Владимирском государственном университете.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Арутюнов П.А., доктор технических наук, профессор Покровский Ф.Н. доктор технических наук, профессор Телешевский В.И.
Ведущее предприятие: ЦНИИИ-22, г. Мытищи, Московской обл.
Защита состоится 20 ноября 1998 г. на заседании диссертационного Совета Д 053.16.10 Московского энергетического института (технического университета) по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14 в 14 часов 00 мин. в ауд. 3-505.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института.
Отзывы, заверенные печатью, просим высылать по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, МЭИ (ТУ), Ученый Совет МЭИ.
Автореферат разослан "__" октября 1998 г.
Ученый секретарь диссертационного Совета Д 053.16.1 доктор технических наук, профессор
Шмелев С.К.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Уровень качества электронных средств (ЭС) во многом определяется технологией изготовления элементной базы, в первую очередь интегральных схем (ИС). Изготовители интегральных микросхем в России и за рубежом связывают свои перспективы с разработкой и освоением нового поколения наукоемких технологий, именуемых "высокими" (high technology). Отличаясь более высоким уровнем использования достижений фундаментальной и прикладной науки в производстве, в определенной степени "отрицая" предшественниц, эти технологии потенциально способны обеспечить существенное повышение надежности и других показателей качества электронной аппаратуры. Не лишено оснований и утверждение о том, что "высокие технологии" являются своеобразной реакцией промышленно развитых стран на усиливающуюся конкуренцию в области электроники со стороны развивающихся стран, отличающихся низкой стоимостью ручного труда и практикующих несанкционированное копирование конструкторско-технологических решений ИС.
Важной составной частью указанных технологий являются методы и средства параметрического контроля. Возрастание роли этих методов и средств в составе "высоких технологий" обусловлено тем, что они должны не только давать исходную информацию для управления технологическими процессами, но и обеспечивать приращение интеллектуального компонента выпускаемой продукции, являющееся необходимым условием ее конкурентоспособности на потребительском рынке. В этой связи весьма актуальными становятся научные исследования и разработки путей качественного совершенствования методов и средств параметрического контроля ИС и технологий их изготовления.
К необходимым условиям решения этой задачи относятся компьютеризация измерительных процедур, возможность статистического накопления результатов измерений, расширение спектра входных воздействий, использование наряду с точечными значениями параметров характеристик их изменения (релаксации) в процессе или после возмущающих (стрессовых) воздействий.
Перспективы повышения надежности интегральных схем зависят от уровня развития причинной теории отказов, предполагающей детальное изучение физических процессов поведения дефектов в структуре полупроводникового материала. Эффективным инструментом экспериментального определения характеристик дефектов кристаллов ИС является квалигенетический подход на основе методов релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ, DLTS - Deep Level Transient Spectroscopy). Внедрение указанного подхода в практику параметрического контроля ИС сдерживается из-за отсутствия надежных и доступных программно-аппаратных средств, обеспечивающих реализацию измерительных процедур с требуемой точностью и наглядную интерпретацию результатов измерений. Современный этап развития теории РСГУ пока еще не позволяет дать ее исчерпывающее описание, однако, судя по публикациям, это обстоятельство не останавливает исследователей, пытающихся применить методы РСГУ для решения проблем обеспечения качества ИС.
Теория глубоких уровней находится в стадии разработки, в связи с чем возникают определенные сложности при интерпретации экспериментальных результатов. Если решение фундаментальных проблем интерпретации результатов РСГУ допускает варианты, разрабатываемые различными научными школами, то практическое использование методов РСГУ для контроля изделий электронной техники предполагает возможность сопоставления результатов, полученных разными исследователями в рамках точностных характеристик используемых измерительных средств.
Состояние вопроса. Отечественная прикладная наука добилась определенных успехов в разработке методов и средств параметрического контроля интегральных схем. Идеи и методы контроля, связанные с вопросами комплексного обеспечения надежности и качества полупроводниковых приборов и интегральных схем, изложены в работах известных отечественных ученых: И.Т. Алексаняна, Б.Е. Бердичевского, B.JI. Воробьева, Н.Н. Горюнова, Н.С. Данилина, Л.Г. Дубицкого, Г.А. Кейджяна, А.И. Коробова, Я.В. Мал-кова, А.А. Маслова, Ю.Г. Миллера, Г.Б. Сердюка, Я.М. Сорина, Б.С. Сотскова, В.Н. Сретенского, Р.Б. Улинича, Я.А. Федотова,
A.А. Чернышева и др. Внедрению в" практику параметрического контроля процессорных средств измерений способствовали работы П.А. Арутюнова, В.Н. Иванова, Г.И. Кавалерова, В.П. Корячко, Г.Я. Мирского, А.П. Стахова, Э.И. Цветкова и др. Среди работ в указанных направлениях зарубежных ученых, известных в России, следует отметить публикации И. Броудай, Т. Макино, Г. Тагучи,
B. Фритча, Д. Хофманна и др.
В области теоретических и практических основ электрофизических методов измерения параметров полупроводниковых материалов и структур значительную роль сыграли разработки известных зарубежных (П. Блад, С. Зи, А. Милне, Дж. Ортон, В. Шокли и др.) и отечественных (В.В. Батавин, Ю.А. Концевой, Ю.В. Федорович, К.В. Шалимова и др.) ученых.
Среди известных научных исследований по тематике диссертации, посвященных электрофизическим методам, следует выделить публикации в области релаксационной спектроскопии глубоких уровней в полупроводниках. Это направление ведет отсчет с 1974 г. после опубликования основополагающих работ Д.В. Лэн-га. В развитие этого метода применительно к задачам параметрического контроля изделий полупроводниковой электроники внесли свой вклад известные зарубежные (М. Миллер, П. Мэнгелсдорф, В. Сурбэ, В. Филлипс, Р. Формэн и др.) и отечественные (JI.C. Бер-ман, A.B. Васильев, О.Ф. Вывенко, Г.Н. Галкин, H.H. Горюнов, В.М. Гонтарь, А.Л. Денисов, А.Г. Ждан, Н.И. Кузнецов, A.A. Лебедев, П.Т. Орешкин, Д.А. Сеченов, С.А. Смагулова, М.Н. Шейнкман и др.) ученые.
Целью исследований, выполненных в рамках данной диссертационной работы, являются теоретическое обоснование, экспериментальное изучение и техническая реализация адаптивных процессорных средств параметрического контроля, предназначенных для работы в системах технологического обеспечения качества компонентов микроэлектронной аппаратуры и использующих статистическое накопление результатов измерений наряду с переходом от регистрации точечных значений к характеристикам релаксации параметров интегральных микросхем, элементов и структур.
Задачи исследований:
- анализ состояния и тенденций развития методов и средств параметрического контроля интегральных схем;
- моделирование статистических процессорных средств контроля (ПСК) микросхем, включая разработку математических моделей алгоритмических измерений, реализующих статистическое сжатие многомерной информации о результатах контроля в системах интегральной диагностики технологических процессов изготовления ИС;
- разработка расчетных соотношений для технологической экспресс-оценки метрологических характеристик методов и средств параметрического контроля ИС;
- разработка, апробация и внедрение в производство методики статистической адаптации измерителя квазидинамических па-
раметров ТТЛ ИС, а также программно-аппаратных средств статистического регулирования технологического процесса изготовления многофункциональных КМОП ИС;
- научно-техническая реализация измерительного режима частотно* температурного сканирования в релаксационной спектроскопии глубоких уровней и его применение для решения основных проблем квалигенетического подхода к параметрическому контролю ИС;
- разработка элементов информационной технологии параметрического контроля ИС, использующей адаптивно-итеративное сочетание программного распознавания и аппаратной селекции релаксационных сигналов;
- разработка и реализация предложений по координации, развитию и внедрению в производство и учебный процесс результатов научных исследований в области использования спектроскопии глубоких уровней (ГУ) для целей параметрического контроля ИС.
Научная новизна
- Впервые предложено и апробировано расчетное соотношение для технологической оценки разрешающей способности процессорных средств контроля, основанное на определении характеристик парной линейной корреляции между основными и повторными результатами измерений.
- Впервые предложены и экспериментально идентифицированы трех- и четырехпараметрическая модели аппаратных преобразований емкостного релаксационного спектрометра глубоких уровней, учитывающие нелинейность аппаратных средств, влияние постоянной заполнения и формы релаксационного сигнала. Показано, что использование этих моделей позволяет существенно повысить точность определения параметров ГУ.
- В результате теоретических и экспериментальных исследований уточнены представления о физических процессах опустошения глубоких уровней в слое объемного заряда с помощью моделирования повторного захвата носителей на ГУ как одного из проявлений полевого эффекта.
- Разработан и апробирован новый алгоритм распознавания формы квазиэкспоненциальных релаксационных сигналов для адаптивного релаксационного спектрометра глубоких уровней.
- Разработаны и апробированы новые элементы информационной технологии релаксационной спектроскопии глубоких уровней с адаптивно-итеративным частотно-температурным сканированием, а именно, процедуры температурной адаптации спектрометра и мультискановой идентификации моделей аппаратных преобразований релаксационного сигнала.
- Предложен оригинальный вариант компьютерной интерпретации параметров глубоких центров в полупроводнике, предназначенный для использования в качестве интерфейса баз данных и систем управления технологическими процессами изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем.
- Впервые предложена и обоснована концепция проекта многоцелевого мультимедиа-продукта "Виртуальный спектрометр глубоких уровней", предназначенного для инициализации и интенсификации процесса создания рабочего инструмента проведения исследований в области применения спектроскопии глубоких уровней, а также для использования в качестве технического средства обучения.
Положения, выносимые на защиту.
1. Модель многомерного распределения параметров элементов для решения задач интегральной диагностики технологических процессов изготовления ИС.
2. Расчетное соотношение для технологической оценки разрешающей способности процессорных средств контроля.
3. Трех- и четырехпараметрическая модели аппаратных преобразований релаксационного спектрометра глубоких уровней с частотным сканированием, учитывающие нелинейность аппаратных средств, влияние постоянной заполнения и формы релаксационного сигнала.
4. Математическая модель физических процессов опустошения глубоких уровней в слое объемного заряда, учитывающая повторный захват носителей на ГУ как одно из проявлений полевого эффекта.
5. Алгоритм распознавания формы квазиэкспоненциальных релаксационных сигналов.
6. Элементы информационной технологии емкостной релаксационной спектроскопии глубоких уровней с адаптивно-итеративным частотно-температурным сканированием — процедуры температурной адаптации спектрометра и мультискановой идентификации моделей аппаратных преобразований релаксационного сигнала.
7. Вариант компьютерной интерпретации параметров глубоких центров в полупроводнике, предназначенный для использования в качестве интерфейса баз данных и систем управления технологическими процессами изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем.
8. Теоретическое обоснование проекта многоцелевого мультимедиа-продукта "Виртуальный спектрометр глубоких уровней".
Методы исследований. При разработке теоретического аппарата использованы факторный анализ, релаксационная спектроскопия глубоких уровней, уравнения математической физики, методы параметрической идентификации и распознавания образов, имитационное моделирование, мультимедиа-технологии. Проведена оценка соответствия теоретических гипотез и математических моделей результатам экспериментальных исследований. Оценка точности разработанных средств контроля производилась сравнением полученных экспериментальных результатов с данными, приводимых в научно-технических публикациях.
Практическое значение работы. Результаты диссертационной работы получены автором в ходе выполнения хоздоговорных НИР с НИИ прикладной механики (г. Москва) (1986 - 1991 г.г.), заводом "Экситон" (г. Павловский Посад Московской области) (1992 г.), работ по договору о творческом сотрудничестве с ВНИИ экспериментальной физики (г. Арзамас-16 Нижегородской обл.), а также при финансовой поддержке грантов конкурса "Ядерная техника и физика пучков ионизирующих излучений" (1996 - 1997 г.г., 1998 - 1999 г.г.), межвузовских научно-технических программ "Стойкость" (1990 - 1992 г.г.), "Эффективность, качество и надежность продукции (ЭКНП-2000)" (1992 - 1996 г.г.) и "Наукоемкое приборостроение" (1996 - 1997 г.г.) Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации (МОПО РФ).
Внедрение результатов. Основные результаты, приведенные в диссертации, внедрены в производство в НИИ прикладной механики и на заводе "Экситон", а также в учебный процесс во Владимирском государственном университете, что подтверждено соответствующими документами.
Материалы диссертации включены в учебное пособие "Методы и средства параметрического контроля интегральных микросхем", изданное ВлГУ и рекомендованное научно-методическим советом по направлению "Проектирование и технология электронных средств" учебно-методического объединения по образованию в области автоматики, микроэлектроники и радиоэлектроники МОПО РФ для межвузовского применения. Они использованы при подготовке новых лекционных и лабораторных курсов технологического цикла специальности 2008 "Проектирование и технология электронных средств", а также при разработке рабочего учебного плана подготовки магистров по программе 551106 "Обеспечение качества и сертификация электронных средств".
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в работе, докладывались более чем на 25 научно-технических конферен-
циях и семинарах, в том числе на Международных и республиканских конференциях: Всесоюзные конференции по микроэлектронике (Казань, 1980; Минск, 1985; Тбилиси, 1987), "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов" (Кишинев, 1986); Всесоюзный симпозиум "Надежность и качество в приборостроении и радиоэлектронике" (Ереван, 1986); Всесоюзные конференции: "Автоматизация исследования, проектирования и испытаний сложных технических систем" (Калуга, 1989), "Автоматизированные системы обеспечения надежности радиоэлектронной аппаратуры" (Львов, 1990), "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Новосибирск, 1990), "Перспективы развития и применения средств вычислительной техники для моделирования и автоматизированного исследования" (Москва, 1991), "Метрологические проблемы современной микроэлектроники" (Менделееве, 1991), "Машинное и математическое моделирование" (Воронеж, 1991); Международная конф."Машинное моделирование и обеспечение надежности элекронных устройств" (Запорожье, 1993); Международный форум информатизации (Воронеж, 1993); Международные конференции: "Перспективные технологии в средствах передачи информации" (Владимир, 1995), "Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии" (Владимир, 1996, 1998), "Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств и систем" (Пенза, 1993, 1995, 1996, 1997; Саратов, 1994), "Проблемы конверсии, разработки и испытаний приборных устройств" (Владимир, 1993), "Приборостроение. Конверсия. Рынок" (Владимир, 1995, 1997), "Нечеткая логика, интеллектуальные системы и технологии" (Владимир, 1997), - а также на: межведомственных семинарах-совещаниях по проблемам создания полупроводниковых приборов и интегральных схем и радиоэлектронной аппаратуры на их основе, устойчивых к воздействию внешних факторов (Винница, 1989; Петрозаводск, 1991), межотраслевом научно-техническом семинаре "Радиационные процессы в электронике" (Москва, 1996), постоянно действующем международном научно-техническом семинаре МНТОРЭС-МЭИ "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах" (Москва, 1996,1997).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 печатных работ, в том числе 12 статей, 22 тезисов докладов, авторское свидетельство на изобретение, учебное пособие. Кроме того, выпущено 7 отчетов о госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работах, в которых автор участвовал в качестве научного руководителя или ответственного исполнителя.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, пяти приложений и изложена на 333 страницах текста, включая список литературы, приложения, 48 рисунков и 7 таблиц на 112 страницах.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, кратко освещено современное состояние вопроса, сформулированы цель диссертационной работы, задачи исследования, положения, выносимые на защиту, научная новизна, практическое значение работы, приведено краткое содержание работы.
Первая глава представляет собой систематизированный обзор методов и процессорных средств параметрического контроля интегральных схем. С помощью предложенных автором, а также заимствованных из научно-технической литературы классификаций методов и средств выявлены тенденции их развития, которые позволили сформулировать задачи диссертационной работы, перечисленные выше на с. 5 - 6.
Во второй главе излагаются результаты разработки математических моделей и технической реализации статистических процессорных средств параметрического контроля ИС. На основе факторного анализа, теории графов, имитационного моделирования и теории параметрической идентификации развиты модельные представления о механизмах формирования производственных и измерительных погрешностей и получено расчетное соотношение для определения статистической разрешающей способности процессорных средств параметрического контроля по случайным составляющим технологических и измерительных погрешностей.
Модель предполагает формирование измеряемого отклонения Да; параметра изделия от среднего значения х в виде суммы технологической Лт и измерительной Ди случайных погрешностей. Если контроль партии изделий объемом п провести дважды, то коэффициент г парной линейной корреляции результатов первого контроля хо с результатами повторного контроля хп определится соотношением:
г - СО^О^п) _ <4 цч
а(х0)а(х п) <4 + ^и'
где соп(х0,хи) - ковариация случайных величин х0 и хп; ст и ой ~ среднеквадратические отклонения погрешностей изготовления и измерения.
и
Технологическая оценка разрешающей способности статистического процессорного средства контроля (измерителя), представляющая собой отношение <тт /, определяется из формулы (1) следующим образом:
£ = <2>
Поскольку численная корреляция представляет собой частный случай обобщенной корреляции, го правомерным является распространение области применения формулы (2) на неизмерительные ПСК.
Реализована в виде программно-аппаратных средств, апробирована и внедрена в производство методика статистической оптимизации режимов работы измерителя квазидинамических (временных) параметров ТТЛ ИС, измеряемых на постоянном токе. Временные параметры предлагается определять с помощью линей-нон регрессии вида:
tp ~ tpcр + Г1р — (1к - Ikcp), (3)
сi
где tp - прогнозируемое среднее значение р-го временного параметра (р — 1... 5 в соответствии с техническим описанием измерителя временных параметров Л2-61); tpcp - среднее значение р-го временного параметра, определенное на обучающей выборке объемом п; г/р - коэффициент линейной парной корреляции между значениями коллекторного тока и соответствующего временного параметра на той же выборке; at - среднеквадратичное отклонение временного параметра; <7/ - среднеквадратичное отклонение коллекторного тока; it - измеряемое значение коллекторного тока (схема измерений предложена проф. Устюжаниновым В.Н.); Дср - среднее (номинальное) значение коллекторного тока; U - параметр оптимизации (рабочее напряжение), определяемый в процессе обучения тестера и задающий ток /*ср.
Обучение проводилось на трех партиях микроприборов по 100 штук каждая. Первым и достаточно очевидным критерием оптимизации является степень тесноты линейной корреляции г1р. Однако в ходе статистического эксперимента выяснилось, что зависимости Tjp = f{U) отличаются "плосковершинными" экстремумами. Использование технологической оценки (2) статистической разрешающей способности измерения коллекторного тока 1к в качестве дополнительного критерия оптимизации позволило решить поставленную задачу, так как зависимость этой оценки от параметра U имеет достаточно четко выраженный "островершинный"
максимум, при котором точность прогноза временных параметров по формуле (3) максимальна. Внедрение методики и программно-аппаратных средств позволило заказчику совместить контроль статических и динамических параметров микроприборов в составе пластин за одно касание зондов.
Разработаны и внедрены в серийное производство программно-аппаратные средства статистического регулирования технологического процесса изготовления многофункциональных КМОП ИС с помощью сигнальных партий, по результатам анализа которых принимается решение о выборе технологического маршрута сборочных партий, исключающего или, наоборот, предусматривающего применение электротермотренировки (ЭТТ).
Опытная эксплуатация разработанных программно-аппаратных средств на предприятии "Экситон" (Московскаяобласть, г. Павловский Посад) показала, что они представляют собой достаточно чувствительный и оперативный индикатор некачественных сборочных производственных партий, совместимый с существующей технологией контроля ИС. В частности, совместно с технологами предприятия удалось найти информативные параметры ЙС КР1008ВЖ1А, позволяющие организовать "ветвящийся" технологический маршрут и для 30 % сборочных партий отказаться от проведения ЭТТ без ущерба для качества КМОП ИС. Этими параметрами, как и следовало ожидать, оказались токи потребления по цепям питания, то есть всего два статических параметра из 35 параметров, включенных в ТУ.
Третья глава посвящена особенностям технической реализации и экспериментальным исследованиям режима частотно-температурного сканирования в релаксационной спектроскопии глубоких уровней и разработке математических моделей аппаратных преобразований релаксационного сигнала.
На базе спектрометра DLS-82E фирмы SEMITRAP (Венгрия) и стробоскопического анализатора TR-4910 фирмы EMG (Венгрия) разработан измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) (рис. 1) для автоматизации научных исследований в области емкостной релаксационной спектроскопии глубоких уровней. Он реализует сочетание измерительного режима частотного сканирования образца при постоянной температуре с количеством опорных частот 854 значения в диапазоне 2500 Гц ... 0,25 Гц и прямой регистрации релаксационного сигнала с компьютерной обработкой.
Вместо жидкого азота предложено охлаждать криостат со встроенным резистивным нагревателем с помощью термоэлектрического модуля на эффекте Пельтье. Это, конечно, существенно су-
жает диапазон рабочих температур (260 К ... 320 К), но избавляет от технических проблем точного поддержания температуры, свойственных системам с жидким азотом или гелием. На контроллер ИВК возложены функции многоканального измерителя и импульсного регулятора температуры образца. Управление температурой обеспечивает точность в пределах 0,5 К и базируется на модели ипульсного нагрева криостата с образцом и алгоритме пропорци-онально-интегро-дифференциального регулирования.
Рис. 1. Структурная схема измерительно-вычислительного комплекса
Для проведения адаптивных измерений в ЙВК предусмотрено мониторирование вспомогательных сигналов емкостной РСГУ: температуры образца Г, остаточного разбаланса емкостного моста С, фактических значений длительности временного окна Те и уровней заполнения 11х и опустошения IIп ГУ (см. рис. 1).
В результате исследований влияния нелинейности измеритель-
нота тракта и неэкспоненциальности релаксационного сигнала на разрешающую способность спектрометра предложена трехпара-метрическая математическая модель аппаратных преобразований синхроде Гектором прибора БЪ8-82Е емкостного релаксационного сигнала, обусловленного перезарядом одного дискретного глубокого уровня в предположении аддитивного характера смешивания релаксационного сигнала и шума:
(4)
Кт
где С а ~ амплитуда емкостного релаксационного сигнала, пФ. Отрицательное значение амплитуды не противоречит физическому смыслу, а всего лишь означает для мостовой схемы измерений увеличение емкости образца в процессе релаксации ГУ, тогда как положительное значение СА указывает на уменьшение емкости;
Квз ~ масштабный коэффициент, зависящий от чувствительности В Б емкостного измерительного моста, включая его выходной усилитель, и фазового детектора, которая для спектрометра БЬ8-82Е может дискретно выбираться от 1 пФ до 1000 пФ (КВ5 = 10/55, В/пФ);
К15 ~ масштабный коэффициент селектора, зависящий от его чувствительности 15', мВ, изменяющейся от 1 мВ до 1000 мВ
{К 13 = 104Кт/Ь8)-,
0,05
<р(г,Г0,г1) = гГ0е тГ°
tlFo~0,4S 0,5 <^о-0,95
1-е тГо — е т*"о + е
,95-1
]. (5)
где г - кажущееся (вследствие полевого эффекта) значение постоянной опустошения глубокого уровня, Го = 1 /Т0 - частота опорного сигнала, - длительность импульса заполнения. Функция <р(т,Г0,t^) имеет один максимум и стремится к нулю при стремлении к нулю и бесконечности;
Кт = тах[1р(т,Г0, - нормирующий коэффициент, обусловленный особенностями временных диаграмм измерителя ОЬБ—82Е;
р > 0 - коэффициент, несущий информацию о нелинейности перемножителя и фазового детектора и одновременно о неэкспоненциальности входного релаксационного сигнала. Если релаксационный сигнал на входе селектора экспоненциален (например, получен с помощью специального генератора), то р — 1 означает линейность измерительного тракта. На рис. 2 приведены результаты моделирования селектора при исследовании диода КД-521Б (а) и эталонного
образца (б) с базой п-типа, из которых видно, что показатель нелинейности модели (4) зависит от амплитуды релаксационного сигнала. О величине амплитуд емкостного релаксационного сигнала в каждом случае можно судить по величине указанной чувствительности селектора ЬБ и наблюдаемым шумам. Диоды выполнены по эпитаксиально-планарной технологии разными изготовителями и имеют близкие значения стационарной барьерной емкости.
1000
а) Образец 1 ; ЦЗ = 500 мВ
1
о -1 -2 10-3
и-«
5-а а
-6
-5 -Ю
р=0^......Ш-
А АО ^ АООО
ЧАСТОТА« ГЦ
б) Образец 2; = 20 мВ
Рис. 2. Моделирование аппаратных преобразований
Исследована температурная зависимость амплитуды пика релаксационного сигнала (рис. 3, а), которая с учетом нелинейности измерительного тракта позволит дополнительно уточнить энергию активации с помощью известных соотношений, связывающих температуру и уровень ионизации ГУ.
270К
...........4
! •Ч.'ЛД ?°0К; %
¥Шл-...../
Шу1
..... Иг •/•
! 280;
ЮОКъгА*»*
1 Ю 100 хооо
Частота, Гц
В5=1лФ; V1 =0В; иЯ-10В;11=20.чкс:
а)
-1 -2 Ш-з
5-6
-7
-в
-9
-ю
Частота, Гц
б)
и=2ЛчВ; ВХ~1мФ; ЧЯ = - 10 В; У1= ■ I В; Г= 272 К
Рис. 3. Влияние температуры (а) и длительности заполняющего импульса (б) на частотный скан БЬТБ-сигнала эталонного образца
Исследованы эффекты частичного заполнения и неполного опустошения ГУ (рис. 3, б) при относительно малых длительностях
заполняющего импульса г15 позволившие автору трансформировать трехпараметрическую модель (4) в четырехпараметрическую:
3(т,СА,р,т3&п, Я) =
КвэКьбСк (1 - ехр
( т-зап))
К,
(6)
где гзап - постоянная заполнения глубокого уровня. Разработаны итеративные (с уменьшением величин шагов) алгоритмы и программы идентификации моделей (4) и (6), использующие по каждому параметру сочетание ненаправленного случайного поиска и покоординатного спуска.
На рис. 4 представлены результаты экспериментальных исследований полевого эффекта - зависимости частотного скана БЬТБ-сигнала от уровней заполнения [¡1 и опустошения IIл ГУ основными и неосновными носителями.
Частота, Гц
*20мВ; ВЛ*/мФ; У Я-.108; //«2а«*с.- Тер.' 272 К
.......|..............|.....
-7 -в -9
-АО*"
ж.%/
"163"
100й
Частотж, Гц 1Л=2/ЫВ; &>=1нФ: иЯ=-М;Н=20мкс; Тср.=17}К
-з 1 _ хо 100 1ош
1£=20мВ; вх=1*1>! 41= О В; 1>=20мкс; Тср.=272К
Частот«. Гц
¿Л-20«Д; Д5-/«</>; {/*-•/&•//-2й«*с; ГГ*3с: Тер. -272К
Рис. 4. Влияние полевого эффекта на частотный скан
Цифры около кривых на фрагментах рис. 4 соответствуют значениям не указанных под фрагментами напряжений Vц или 1}\.
Частотное сканирование при постоянной температуре позволяет разделить моделирование аппаратных преобразований и физических процессов заполнения и опустошения ГУ и обеспечить точность определения, например, энергии активации в 4 - 6 рал выше по сравнению с указанной в приложении к стандарту F 978-90 американской ассоциации материалов и контроля (ASTM - The American Society for Testing arid Materials) меж лабораторной точностью определения этого параметра. Разрешающая способность моделей (4) и (6) аппаратных преобразований релаксационных сигналов, идентифицированных с помощью частотно-температурного сканирования, позволяет в соответствии со стандартом F 978-90 без пересечения трехсигмальных точностных коридоров фиксировать различия основных интерпретаций процессов релаксации ГУ, описанных в литературе, по определяемым с их помощью энергии активации и предэкспоненциалыюму множителю.
Четвертая глава содержит теоретическое и экспериментальное обоснования алгоритмических измерений параметров релаксационных сигналов, включая математическое моделирование физических процессов релаксации глубоких уровней с учетом эффекта поля, а также разработку и апробацию алгоритмов распознавания квазиэкспоненциальных релаксационных сигналов.
Сопоставление моделей доминирующих физических процессов, используемых в известных интерпретациях релаксации Д. Лэнга и П.Т.- Орешкина, с фундаментальными уравнениями физики полупроводников и экспериментальными данными, полученными с помощью частотно-температурного сканирования, указывает на существование противоречий, наиболее проявляющихся в попытках объяснения полевого эффекта — зависимости параметров релаксационного сигнала от разности заполняющего и опустошающего напряжений (см. рис. 4).
Предложена математическая модель физических процессов опустошения глубоких уровней в примыкающей к области электронейтральности (ОЭН) части слоя объемного заряда (СОЗргу) после электрического заполнения при постоянной температуре, учитывающая повторный захват на ГУ высвобождающихся носителей при их выносе в ОЭН. Эта модель позволяет дать объяснение полевому эффекту в части, касающейся изменения формы релаксационного сигнала в зависимости от параметров ГУ, в частности, при относительно большой их концентрации.
Модель представляет собой решение уравнения непрерывности, описывающего ту часть процесса опустошения одиночного ГУ, которая в соответствии с временной диаграммой спектрометра DLS-82E доступна для регистрации с помощью селектора релакса-
ционных сигналов. Параметры этой временной диаграммы подобраны таким образом, чтобы к началу регистрации реакции глубокого уровня на заполняющий импульс закончился не только процесс заполнения ГУ, но и основные процессы выноса носителей с мелких уровней в область электронейтральности. В итоге для электронов в базе п-типа р+ — п-диода с резким переходом одномерное уравнение имеет вид:
дп ~ дЕ „дтг _ д2п
_ = 6<п - Д„ + п/1„ — + Д,—, (7)
где
(
7зап«аГУ + / ~ / П(1х(И - ПсИ
Л тп •/ J Р Г
Сп =-2-^-^-; Пп = — пйх;
Тп Т„ J
О
п = п(х,1) — концентрация электронов, высвобождающихся с ГУ; 7зап — степень начального заполнения ГУ (0 < 7зап < 1); паГУ = Па.Гу(а:) — концентрация активных ГУ, которые были бы ионизованы, если бы находились в ОЭН, т. е. это концентрация ГУ, участвующих в захвате электронов; Р„ — вероятность захвата на ГУ движущегося под действием электрического поля электрона; г„ — постоянная релаксации опустошения для электронов; Е = — напряженность поля; цп — подвижность элек-
тронов, высвобождающихся с ГУ; Ип — коэффициент диффузии электронов, высвобождающихся с ГУ. В первом приближении при относительно малой концентрации ГЦ ( пм(х) > пГц{х) ) напряженность можно считать не зависящей от времени и зависящей от распределения концентрации основной (мелкой) примеси по координате пи(х) и напряжения смещения ?7д, т. е. Е = Е((/Й,пм(х)).
Более точным и в то же время пригодным и перспективным для практики является конечноразностное приближение, учитывающее повторный захват без диффузионно-дрейфовых составляющих, которое для элемента пру(г,^) внутри двумерной сетки (координата х — время ¿) при г > 1 и ,7 > 0 имеет вид
Д2 Ах
тп т„
кЫ 1=к- 1 д
* =2 1=1 Т"
где ап - сечение захвата ГУ; Д/ и Ах - шаги сетки; %у (г, 0) = пГу(2) - концентрация ГУ, которая может зависеть от координаты х] к и / - вспомогательные целочисленные переменные. При г = 1 второе слагаемое в квадратных скобках выражения (8) исчезает.
Разработаны и исследованы корреляционный, регрессионный и спектральный алгоритмы анализа формы квазиэкспоненциальных релаксационных сигналов. Эти алгоритмы призваны подчеркнуть отличия релаксационных сигналов от "спадающей" экспоненты. С помощью теории нечетких множеств в указанных алгоритмах реализован учет так называемых "зон молчания", предусматриваемых конкретными временными диаграммами релаксационного спектрометра. Имитационным компьютерным моделированием установлено, что наибольшей устойчивостью по отношению к шумам, сопровождающим релаксационные сигналы, обладает регрессионный алгоритм, предусматривающий построение образа исходного релаксационного сигнала в виде зависимости величины постоянной времени т(к) опорной экспоненциальной функции, соответствующей ми-нимимуму критерия К, определяемого при постоянном скользящем интервале корреляции 2д по формуле:
(а - ск • ехр (-(»' - ¿)Дг!/г))2
¡=к+Я £ ^
где 1 < к < п - целое число, определяющее положение середины интервала корреляции в дискретах временного разрешения стробоскопа; п = 1024 - число проходов стробограммы (значений ис-
¿=¿+2
ходного релаксационного сигнала); ск = ^ с,-; //,■ = Нс(х) " при-
{=*- 2
меняемая в теории нечетких множеств функция принадлежности выделенного сигнала релаксации ГУ с,-; - временная диаграмма выхода измерительного моста; г - постоянная времени опорного экспоненциального сигнала у = ехр [—(г — т)Д2/т]; Дf - временное разрешение стробоскопического цифрового анализатора ТК,—4910; г = 1,2,..., п - текущее время и ш > 0 - начало процесса релаксации в дискретах Д£ стробограммы. В соответствии с описанным алгоритмом образ экспоненциального релаксационного сигнала будет представлять собой в координатах (т,£) прямую линию, параллельную оси Различного рода неэкспоненциальности при этом будут
(9)
достаточно наглядно показаны. Так например, образ суммы двух экспонент с разными постоянными представляет собой прямую с "положительным" наклоном, величина которого определяется отношением постоянных.
Для дополнительного повышения устойчивости алгоритма автором предложено регуляризовать его с помощью аппроксимации получаемого образа полиномами Чебышева с использованием метода структурной минимизации эмпирического риска. Предложенные алгоритмы и способы их регуляризации апробированы с помощью математического моделирования и экспериментальных исследований, и показана принципиальная возможность адаптации спектрометра относительно формы релаксационного сигнала. На рис. 5 приведены результаты имитационного моделирования релаксационных процессов опустошения ГУ (а), полученные с помощью конечно-разностного приближения (8), и соответствующие им образы (б-г).
иге
1. оо
Образец 1
J
\ ;
0" 2".5«Г 5:1й" 7.6Й 10 а)
и 2 г»
^ ю.1:
о X
С0-1,99
|
I
"0,0
б)
Со- 7,13 С^- -7,72 Сг= 3,54 С3= -1,05 С4- 0,038 С5= 0,083 Сб=- 0,079 С7- 0,028 . Се--0,01
7 \
п, „ 1,0
о 2
Э.65
34 2.00
В)
Рис. 5. Модели релаксационных сигналов (а) и их образы (б - г)
Релаксационные сигналы представляют собой изменения концентраций свободных носителей на ближней к р — п-переходу (]У0,о)
и дальней (N1 >0) границах и в середине СОЗргу, а также
суммарного заряда q и тока релаксации J. Эти результаты получены при следующих исходных данных: концентрация активных ГУ - 5 • 1014см-3, длина СОЗрру - 10 мкм, количество дискрет по длине - 50, постоянная перезаряда ГУ - 2 мс, размер дискрета времени Д£ - 0,1 мкс. Модели используют аномальное значение сечения захвата ап — 10~8см2, с помощью которого автор попытался косвенно учесть эффект максвелловской релаксации, не учитываемый соотношением (8). Наборы индексированных переменных С представляют собой количественное выражение образа через коэффициенты чебышевского разложения.
В пятой главе приведены результаты разработки элементов релаксационных процессорных средств параметрического контроля полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, реализующих процессорную коррекцию частотных сканов БЪТБ-сиг-нала, мультискановую параметрическую идентификацию аппаратных преобразований релаксационных сигналов, компьютерную интерпретацию феноменологических моделей спектроскопии глубоких уровней с выходом на разработку многоцелевого мультимедиа-продукта "Виртуальный спектрометр глубоких уровней".
Предложен и экспериментально апробирован двухступенчатый алгоритм адаптации релаксационного спектрометра БЬ8-82Е относительно температуры образца (рис. б). Он предусматривает решение двух взаимосвязанных задач:
- уточнение фактического значения (см. рис. 6, а) температуры образца с помощью кусочно-непрерывной аппроксимации ее временной зависимости (см. рис. 6, б);
- температурная процессорная коррекция исходного частотного скана ОЕТБ-сигнала по результатам определения параметров ГУ при усредненной температуре получения частотного скана.
Наиболее подходящей оказалась кусочная аппроксимация, узлы которой соответствуют моментам подачи импульсов нагрева (примерно 1 импульс в минуту). В качестве аппроксимирующей функции между узлами предлагается выбрать полиномиальное приближение регрессии с выбором оптимальной степени разложения по полиномам Чебышева методом структурной минимизации эмпирического риска. Предложенный автором алгоритм "сшивания" соседних фрагментов использует усреднение смежных значений, полученных в ходе первой аппроксимации, с последующим увеличением веса первого и последнего значений при второй аппроксимации. Алгоритм не гарантирует сплайновой гладкости аппроксимирующей функции на стыке интервалов регулирования по производным, но в данном случае она и не обязательна (см. рис. 6, а и б).
В первом приближении температурная коррекция частотного
скана БЬТБ-сигнала может быть сведена к коррекции постоянной
опустошения ГУ. Параметры ГУ - энергия активации АЕ и пред-
1
экспоненциальный множитель В = 10 - определяются в процессе первой итерации, под которой подразумевается стандартная, в соответствии с Г 978-90, процедура использования линейной регрессии в аррениусовых координатах при температуре образца, равной среднему значению по скану. Подстановка найденных значений АЕ и В в выражение для постоянной релаксации позволит в каждой точке скана уточнить значение т.
о -1
-2
О
.-3
и
У-
2И
-5 -в -7
■Щ-Ж
-сг
! 1-3
к
V .
1 10 АОО
Частота, Гч
ЮОО
> О -I
-2
О
X .-3
И 4 Н
-5 -в -7
-г. ,
• . • У
—..............................I..............{..........-.......■''}
: V • I . <?
! :<-. : ••• ".¿я
.....................-м^и1-
261 ,
б)
АООО 266
^о 15 о*»
ш12
О9
ш6
^ з Ь 3 со о
_ 15 ■ -12 ■О 9 о
< < >
( ) ( ( ) > ( > ( ) -; « с
с » : > : ■ : с : с л6 Ь 3, ( ) 1 - ) , : » ь
[ I [ ( 1 3 : ■ 1 0 ! I I "1 1—■
10 20 30 40 50 60 70 80 90 в)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 о - до коррекции л о/,
* - после коррекции л>/0
Г)
Рис. 6. Температурная процессорная коррекция частотных сканов БЬТБ-сигнала
Далее с помощью моделей (4) или (6) при неизменной амплитуде релаксационного сигнала в этой точке скана определяется величина относительного изменения теоретического значения сигнала на выходе селектора вследствие коррекции г. Соответственно этому изменению корректируется значение Б ЬТБ-сигнала.
Скорректированные частотные сканы могут быть использованы для определения параметров ГУ и повторных коррекций. На рис. б, в и г приведены результаты оценки области эффективности предложенного алгоритма в зависимости от параметра 0 < Л < 1 — уровня ограничения участвующих в процессе идентификации моделей (4) или (6) экспериментальных точек скана.
Разработан и экспериментально апробирован алгоритм так называемой " мультискановой" параметрической идентификации моделей аппаратных преобразований релаксационного сигнала и физических процессов релаксации (рис. 7). При его использовании достигается повышение точности и устойчивости процедуры оценки параметров за счет увеличения числа одновременно используемых для идентификации опорных частотных сканов. Например, для идентификации модели (6) целесообразно использование сканов с разными амплитудами пиков, соответствующими разным значениям длительности импульса заполнения tl (см. рис. 3, б).
□
-г
-а -з
а
-ч
J
О-б -7 -8 -9 -10
■<жшт ........ЭДеэ*" ..................
а -1
-г -з
I 10 ЮО 1000
Частота, Гц
-7 -8 -9 -10
Ю 1О0
Частота, Гц
Рис. 7. Мультискановая идентификация моделей аппаратных преобразований
Слева на рисунке 7 изображен в качестве опорного муль-тискан, состоящий из пяти отдельных сканов, полученных при tl = 1,2,5,10,20 мкс (см. рис. 3, б) и А = 0,1. Справа для идентификации используются уже пять групп общим объемом 60 сканов. Штриховыми линиями показаны модели. Предложен подход к формулировке критериев адекватности математических моделей, использующий оценку отношения экспериментальных невязок, полученных на разном количестве опорных частотных сканов БЪТБ-сигнала. Автор считает перспективным использование мультискановой идентификации для моделирования полевого эффекта (см. рис. 4).
Сложность наукоемких методов спектроскопии ГУ, по мнению автора, требует адекватных подходов к интерпретации используемых моделей, в частности применения элементов систем виртуальной реальности (ВР) (рис. 8). Специфика применяемых моделей физики полупроводников заключается в том, что в отличие от компьютерной томографии, систем автоматизированного проектирования, различных тренажеров и других областей применения ВР в данном случае в силу феноменологического происхождения указанных моделей необходимо создание на основе коллективного соглашения "компьютерного призрака", не имеющего аналогов в реальном мире.
А°' 1(;.17 10-18 ш-15 ш-и ш-и „-и'1-" А И"13
(У, си* а)
1.13 1.0
0.6 0.4
а.г
Ао
В)
о
(У, см 6)
1.12 1.0
0.2 Д
ДО.8
.4
^О.б
•6И
" 0.4
О.8 <
1.0
■1.12 А
0.2 О
гГ
0.3
0.4 О.в
1.0 1.12
Рис. 8. Компьютерная интерпретация феноменологических моделей спектроскопии глубоких уровней
о
В качестве первого шага в этом направлении автором предложен вариант компьютерной интерпретации феноменологических моделей спектроскопии глубоких уровней (см. рис. 8), способный
наглядно и комплексно отобразить основные параметры глубоких центров средствами виртуальной реальности. Параметры глубоких центров взяты из научно-технических публикаций. Буквами Б и А условно обозначены типы ловушек (доноры, т. е. ловушки электронов, или акцепторы - ловушки дырок). Эти буквы не случайно находятся вблизи вершин координатного прямоугольника "энергия уровня - сечение захвата" - от этих вершин осуществляется отсчет параметров соответствующих ГУ - донорных и акцепторных. На указанном рисунке вверху слева (а) отражены ГУ, связываемые с примесями палладия в кремнии, а справа (б) - результаты радиационно-технологической обработки кремния в виде параметров соответствующих ГУ. На рис. 8, в и г приведены полученные разными авторами результаты исследований примесей золота в кремнии. Поскольку приведенные в литературе данные по золоту не содержали сведений о сечениях захвата, то программа интерпретации автоматически перешла в соответствующий усеченный режим отображения. Предлагаемый вариант является плоским сечением трехмерного отображения при фиксированной температуре и предназначен для использования в качестве интерфейса баз данных и систем управления технологическими процессами изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем, а также специализированной распределенной информационной системы для проведения фундаментальных и прикладных исследований в области спектроскопии глубоких центров в полупроводниках.
Выполнено теоретическое обоснование и определены на уровне технического задания на разработку структура и основные задачи многоцелевого мультимедиа-продукта (ММП) "Виртуальный спектрометр глубоких уровней". ММП предназначен для реализации предложений автора по координации, развитию и внедрению результатов научных исследований в области спектроскопии глубоких уровней в учебный процесс и практику изготовления ИС и электронных средств на их основе. Под руководством автора сотрудниками регионального центра новых информационных технологий ВлГУ разработана рекламно-демонстрационная версия ММП.
Приложения содержат списки сокращений, условных обозначений, рисунков и таблиц, характеристики разработанных статистических и релаксационных процессорных средств параметрического контроля, техническое задание на разработку мультимедиа-продукта "Виртуальный спектрометр глубоких уровней", сведения о внедрении результатов диссертационной работы в производство, научные разработки и учебный процесс.
В заключении формулируются основные результаты диссертационной работы:
1. Выполнен анализ состояния и тенденций развития методов и процессорных средств параметрического контроля интегральных схем, позволивший определить конкретные пути повышения эффективности указанных методов и средств и сформулировать основные задачи диссертационной работы.
2. Разработана математическая модель многомерного распределения параметров интегральных элементов для решения задач интегральной диагностики технологических процессов изготовления ИС и предложен алгоритм статистической оценки разрешающей способности процессорных средств контроля ИС. Указанные модель и алгоритм отражают качественные изменения в развитии средств контроля, обусловленные возможностью накопления и статистического сжатия информации о результатах контроля.
3. Разработаны, экспериментально апробированы и внедрены в производство:
- программно-аппаратные средства и методика статистической адаптации измерителя квазидинамических параметров ТТЛ ИС в составе пластин;
- автоматизированный программно-аппаратный комплекс статистического регулирования технологического процесса изготовления многофункциональных КМОП ИС.
4. Разработаны трех- и четырехпараметрическая модели аппаратных преобразований релаксационного спектрометра глубоких уровней с частотным сканированием, учитывающие нелинейность аппаратных средств, неэкспоненциальность релаксационных сигналов и влияние постоянной заполнения ГУ.
5. Предложена математическая модель физических процессов в слое объемного заряда при опустошении глубоких уровней, учитывающая повторный захват носителей на ГУ как одно из проявлений полевого эффекта.
6. Разработан и апробирован новый алгоритм распознавания формы квазиэкспоненциальных релаксационных сигналов для адаптивного релаксационного спектрометра.
7. Разработаны элементы информационной технологии адаптивной релаксационной спектроскопии глубоких уровней с частотно-температурным сканированием, обеспечивающие существенное повышение точности измерений параметров глубоких центров.
8. Разработан вариант компьютерной интерпретации параметров глубоких центров в полупроводнике, предназначенный для
использования в качестве интерфейса баз данных и систем управления технологическими процессами изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем.
9. Выполнено теоретическое обоснование проекта многоцелевого мультимедиа-продукта "Виртуальный спектрометр глубоких уровней", предназначенного для реализации предложений автора по координации, развитию и внедрению результатов научных исследований в области спектроскопии глубоких уровней в практику изготовления ИС и электронных средств на их основе.
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
1. Крылов В.П. Методика статистического анализа влияния режимов обработки материалов тонкопяеночных интегральных элементов на их эксплуатационные характеристики// Конструктивно-технологические особенности аппаратуры и эксплуатационная надежность материалов в аппаратуре связи: Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф., Ереван: НТО Приборпром им. С.И. Вавилова, 1978. - С. 87 - 88.
2. Крылов В.П. Методика контроля точности технологических процессов изготовления интегральных микросхем// Тез. докл. 9-й Всесоюзн. науч.-техн. конф. по микроэлектронике. Казань: КАЙ, 1980. - С. 97.
3. Крылов В.П. Использование операционного контроля для оценки точности технологических процессов изготовления интегральных схем// Информационно-измерительные системы и точность в приборостроении. М.: МИЭМ, 1982. - С. 56.
4. Крылов В.П. Применение теории точности для диагностики технологических процессов микроэлектроники // Известия высш. учеб. завед. Радиоэлектроника. - Киев. - 1988. - N 7. - С. 43 - 47.
5. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П., Вахромеев В.Е. Автоматизированная система контроля стойкости цифровых микросхем в составе пластин к действию внешних факторов// Автоматизация исследования, проектирования и испытаний сложных технических систем: Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф. Калуга, 1989. - С. 74.
6. Авторское свидетельство СССР 1531523. Тренажер-имитатор установки вакуумного напыления / Катков A.A., Крылов В.П., Устюжанинов В.Н. - Выдано 22.08.89 г. Заявка 4210350 с приоритетом от 16.02.87 г.
7. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П. Метод статистической экспресс-калибровки процессорных измерителей параметров электронных приборов/ Сб.: Тезисы докл. Всесоюзн. научн.-техн. конф.
"Актуальные проблемы электронного приборостроения." - Новосибирск.: ВНТОРЭС, 1990. - С. 125.
8. Крылов В.П. Причинный подход к имитационному моделированию поточно-групповых технологических процессов// Машинное и математическое моделирование: Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф. Воронеж: ВТИ, 1991. - С. 46.
9. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П. Принципы синтеза и эффективность цифровых измерительно-классификационных комплексов // Проблемы создания полупроводниковых приборов, ИС и РЭА на их основе, стойких к воздействию внешних факторов. М.: ЦНТИ "Поиск", 1991, Ч. 1. - С. 76 - 80.
10. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П. Статистический процессорный измеритель - инструмент автоматизированного исследования / Сб.: Тезисы докладов Всесоюзн. конф.: "Перспективы развития и применения средств вычислительной техники для моделирования и автоматизированного исследования." - М.: ВНТОРЭС, 1991. - С. 189 - 190.
11. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П. Контроль квазидинамических параметров интегральных микросхем ТТЛ типа / Сб.: Тезисы докладов Всесоюзн. конф.: "Метрологические проблемы современной микроэлектроники." - Менделееве.: ВНТОРЭС-ВНИИФТРИ, 1991. - С. 28 - 29.
12. Крылов В.П. Определение разрешающей способности процессорных средств входного контроля элементной базы техники связи// Техника средств связи. - 1992. - Вып. 4. - С. 139 - 143.
13. Крылов В.П. Компьютерный анализ сигнальных партий и моделирование технологического процесса изготовления интегральных схем в автоматизированной системе статистического регулирования/ / Информационные технологии и системы: Тез. докл. рес-публ. науч.-техн. конф. Воронеж: ВТИ, 1992. - С. 39.
14. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П., Харламов Р.В. Компьютерный комплекс контроля качества микросхем методами релаксационной спектроскопии глубоких уровней// Тез. докл. междунар. форума информатизации. Воронеж: ВТИ, 1993. - С. 55 - 56.
15. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П., Эльяш C.JI. Программно-аппаратные средства для статистической оценки устойчивости приборных устройств к импульсным ионизирующим излучениям// Проблемы конверсии, разработка и испытания приборных устройств. М.: НТЦ "Информтехника", 1993. - С. 58 - 60.
16. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П. Проблемы интерпретации феноменологических моделей релаксационной спектроскопии глубоких уровней// Методы и средства оценки и повышения надежности
приборов, устройств и систем: Тез. докл. Межд. науч.-техн. конф. (Пенза - Саратов, 1994). Пенза: ПДНТП, 1994. Ч. 1. - С. 17 - 18.
17. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П., Эльяш С.Л. Программно-аппаратный комплекс для статистических истпытаний интегральных схем на стойкость к импульсным ионизирующим излучениям / Радиационные процессы в электронике: Тез. докл. б-го межотрасл. семинара. М.: РАДТЕХ - НИИПМ, 1994. - С. 176.
18. Крылов В.П. Релаксационно-статистические процессорные средства контроля качества интегральных схем / Радиационные процессы в электронике: Тез. докл. 6-го межотрасл. семинара. М.: РАДТЕХ - НИИПМ, 1994. - С. 177.
19. Крылов В.П. Компьютерный анализ сигнальных партий и моделирование технологического процесса сборки интегральных схем в автоматизированной системе статистического регулирования / Информационные технологии и системы. - Воронеж: ВТИ, 1994. - С. 26 - 31.
20. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П. Виртуальный релаксационный спектрометр глубоких уровней// Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств и систем: Тез. докл. Межд. науч.-техн. конф. Пенза: ПГТУ, 1995. - С. 77.
21. Крылов В.П., Устюжанинов В.Н. Компьютерная интерпретация феноменологических моделей спектроскопии глубоких уровней // Измерительная техника. - 1995. - N 3. - С.13 - 15.
22. Крылов В.П., Устюжанинов В.Н., Егоров М.А. Моделирование частотного скана релаксационного спектрометра глубоких уровней. Мат-лы Всеросс. науч.-техн. конф. "Конверсия, приборостроение, рынок" (г.Владимир, 20 - 22 июня 1995 г.), Владимир: ВлГТУ, 1995. - С. 127 - 130.
23. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П. Виртуальная реальность в информационных технологиях спектроскопии глубоких уровней / Перспективные технологии в средствах передачи инфомации: Материалы Межд. науч.-техн. конф. Владимир: ВлГТУ, 1995. -С. 160 - 163.
24. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П., Фролова Т.Н. Определение концентраций глубоких центров методом низкотемпературной спектроскопии с частотным сканированием / Мат-лы Всеросс. науч.-техн. конф. "Конверсия, приборостроение, рынок" (г.Владимир, 20 - 22 июня 1995 г.), Владимир: ВлГТУ, 1995. - С. 124 - 127.
25. Крылов В.П., Устюжанинов В.Н. Математическая модель селектора релаксационных сигналов / Доклады Межд. науч.-техн. конф. "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем." Ч. 2. Пенза: АЙН РФ, ПГТУ, 1996. - С. 63 - 64.
26. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П. Адаптивное частотно-температурное сканирование в релаксационной спектроскопии глубоких уровней / Перспективы повышения надежности и качества наукоемкой продукции на основе новейших достижений приборостроения: Тезисы докл. Юбилейной межвуз. науч.-техн. конф., по-свящ. 60-летию МГАПИ (Москва - Сергиев Посад, 16 - 20 октября 1996 г.), М.: МГАПИ, 1996. - С. 123 - 125.
27. Устюжанинов В.П., Крылов В.П., Фролова Т.Н. Определение концентраций глубоких центров методами релаксационной спектроскопии с частотным сканированием / "Автоматизированные информационные системы контроля и управления в технике и медицине": Сб. научн. тр. ВлГТУ, Владимир: ВлГТУ, 1996. -С. 17 - 21.
28. Устюжанинов В.Н., Крылов В.П., Егоров М.А. Частотное сканирование в релаксационной спектроскопии глубоких уровней / / Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология): Материалы докл. межд. науч.-техн. семинара (Москва, 2-5 декабря 1996 г.). М.: МНТОРЭС им. A.C. Попова, МЭИ, 1997. - С. 408 - 411.
29. Крылов В.П., Егоров М.А., Савенко С.А. Испытания спектрометра DLS-82E в составе измерительно-вычислительного комплекса // Конверсия, приборостроение, рынок: Материалы Межд. науч.-техн. конф. - Владимир: Владим. гос. ун-т, 1997. - В 2 частях. Ч. 1. - С. 53 - 58.
30. Крылов В.П., Егоров М.А., Савенко С.А. Моделирование и распознавание релаксационных сигналов / Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Сб. докл. науч. конф. / Под ред. А.М. Тартаковского, A.B. Блинова. Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 1997. - С. 86.
31. Крылов В.П. От адаптивных к интеллектуальным процессорным средствам контроля интегральных схем / Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности: Сборник трудов. Материалы Всеросс. науч.-техн. конф. с межд. участием (Таганрог, 21 - 24 октября 1997 г.). Таганрог: ТРТУ, 1998. Ч. 2. -С. 80.
32. Крылов В.П., Егоров М.А., Савенко С.А. Спектрометр DLS-82E под управлением внешнего контроллера / Радиационные процессы в электронике: Сборник избранных докладов 6-го Межд. семинара "Радиационные процессы в электронике". М.: МИФИ, 1997. - С. 20 - 27.
33. Крылов В.П., Савенко С.А. Исследование и распознавание релаксационных сигналов / / Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, тех-
нология): Материалы докл. Межд. науч.-техн. семинара (Москва, 17 - 20 ноября 1997 г.). М.: МНТОРЭС им. A.C. Попова, МЭИ, 1998. - С. 112 - 116.
34. Крылов В.П., Егоров М.А. Моделирование аппаратных преобразований и физических процессов в емкостной релаксационной спектроскопии глубоких уровней // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология): Материалы докл. Межд. науч.-техн. семинара (Москва, 17 - 20 ноября 1997 г.). М.: МНТОРЭС им. A.C. Попова, МЭИ, 1998. - С. 108 - 111.
35. Крылов В.П. Методы и средства параметрического контроля интегральных микросхем: Учебное пособие, Владимир: Владим. гос. ун-т., 1998. - 52 с.
36. Крылов В.П., Савенко С.А. Регуляризация корреляционного алгоритма распознавания релаксационных сигналов. /Доклады 2-й Межд. науч.-техн. конф. "Моделирование и исследование сложных систем". Часть 1. Моделирование систем по заданным критериям качества / Под общей редакцией Михайлова Б.М., Зуева В.В., Хны-кина А.П. - М.: МГАПИ, 1998. - С. 57 - 60.
Подписано к печати Л- / 1П
Печ. л. 2 0 Тираж 100 экз. Заказ
Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.
о v г^ 9 <
'/оу
владимирским государственный университет
На правах рукописи
з . о у _10Оо д'
крылов владимир павлович
электрофизика статистических и релаксационных процессорных средств параметрического контроля
интегральных микросхем
Специальность 01.04.13 - "Электрофизика"
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук
владимир - 1998
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ И ПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 17
1.1. Методы параметрического контроля ............. 17
1.1.1. Терминология и классификация........................17
1.1.2. Параметрический контроль и высокие технологии . 26
1.1.3. Параметрический контроль и физический подход к обеспечению надежности................................30
1.1.4. Релаксационная спектроскопия глубоких уровней в задачах параметрического контроля ..................42
1.2. Процессорные средства параметрического контроля .... 64
1.2.1. Терминология и смена поколений........... 64
1.2.2. Реализация методов параметрического контроля с помощью процессорных средств............ 74
1.3. Пути повышения эффективности, методов и средств параметрического контроля и задачи диссертационной работы . 79
Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИС 82 2.1. Модель многомерного распределения параметров элементов в задачах интегральной диагностики технологических процессов изготовления ИС................... 82
2.2. Статистическая разрешающая способность процессорных
средств параметрического контроля ИС ........... 90
2.3. Статистические процессорные средства параметрического
контроля ИС...............................94
2.3.1. Измеритель квазидинамических параметров ТТЛ ИС 94
2.3.2. Компьютерный анализ сигнальных партий многофункциональных КМОП ИС..............101
2.4. Выводы..............................107
Глава 3. ЧАСТОТНОЕ СКАНИРОВАНИЕ В РЕЛАКСАЦИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ГЛУБОКИХ УРОВНЕЙ 109
3.1. Техническая реализация частотного сканирования в релаксационной спектроскопии глубоких уровней.........109
3.1.1. Частотное сканирование: от обзорно-индикаторного
к информационно-измерительному режиму ...... 109
3.1.2. Разработка измерительно-вычислительного комплекса на базе спектрометра DLS-82E...........113
3.1.3. Модернизация подсистемы автоматического управления температурой образца.............. 120
3.1.4. Экспериментальные исследования частотных сканов 123
3.2. Моделирование аппаратных преобразований релаксацион-
» >
ного сигнала...........................136
3.2.1. Моделирование измерительного тракта спектрометра DLS-82E........................136
3.2.2. Интерактивная идентификация математических моделей аппаратных преобразований.......... . 150
3.2.3. Частотное сканирование и разрешение глубоких уровней..........................164
3.3. Выводы..............................172
Глава 4. ЭЛЕКТРОФИЗИКА АЛГОРИТМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ГЛУБОКИХ УРОВНЕЙ 175
4.1. Математическое моделирование физических процессов релаксации глубоких уровней в слое объемного заряда ....
4.1.1. Анализ противоречий базовых соотношений, основных моделей и экспериментальных данных......
4.1.2. Эффект поля в математических моделях процессов опустошения ГУ и выноса носителей заряда в область электронейтральности.............
4.2. Алгоритмические измерения параметров релаксационных сигналов .... ..........................
4.2.1. Селекция и распознавание квазиэкспоненциальных релаксационных сигналов................
4.2.2. Регуляризация алгоритма распознавания.......
4.2.3. Моделирование и экспериментальные исследования .
4.3. Выводы..............................
Глава 5. РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ РЕЛАКСАЦИОН НЫХ ПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ ПАРАМЕТРИЧЕСКО ГО КОНТРОЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И
ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ 225
5.1. Процессорная коррекция частотных сканов .......... 227
5.2. Мультискановая параметрическая идентификация моделей аппаратных преобразований релаксационных сигналов . . . 236
5.3. Компьютерная интерпретация феноменологических моделей спектроскопии глубоких уровней.............242
5.4. Выводы ..............................254
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 257
Литература 260
175 175
181
196
196 204 212 223
Приложение А. Списки условных обозначений, рисунков и таблиц 309
Приложение Б. Основные технические характеристики программно-аппаратного комплекса АСНИ РСГУ 316
Приложение В. Техническое задание на разработку мультимедиа продукта "Виртуальный спектрометр глубоких уровней" (ММП ВСГУ) 322
Приложение Г. Внедрение результатов в учебный процесс 330
Приложение Д. Апробация и внедрение результатов в производство и научные разработки 331
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Качество радиоэлектронных средств (РЭС) во многом определяется уровнем технологии изготовления используемой элементной базы, в первую очередь интегральных схем (ИС) как основных ее представителей. Изготовители интегральных микросхем в России и за рубежом связывают свои перспективы с разработкой и освоением нового поколения наукоемких технологий, именуемых "высокими" (high technology). Отличаясь качественно новым уровнем использования достижений фундаментальной и прикладной науки в произ-
° 55 55
водстве, в определенной степени отрицая предшественниц, эти технологии потенциально способны обеспечить существенное повышение надежности и других качественных показателей изделий. Не лишено оснований и утверждение о том, что "высокие технологии" являются своеобразной реакцией промышленно развитых стран на усиливающуюся конкуренцию в области электроники со стороны развивающихся стран, отличающихся низкой стоимостью ручного труда и практикующих несанкционированное копирование конструкторско-технологических решений ИС.
Важной составной частью указанных технологий являются средства параметрического контроля. Новое качество этих средств в составе "высоких технологий" обусловлено тем, что они должны йе только давать исходную информацию для управления технологическими процессами, но и обеспечивать приращение интеллектуального компонента выпускаемой продукции, являющееся необходимым условием ее конкурентоспособности на потребительском рынке. В этой связи весьма актуальными становятся научные исследования и разработки путей качественного совершенствования методов и средств параметрического контроля ИС и технологий их изготовления.
К необходимым условиям решения этой задачи относятся компьюте-
ризация измерительных процедур, в частности реализация нового качества процессорных средств контроля, обусловленного возможностью статистического накопления результатов измерений, расширение спектра входных воздействий, использование наряду с точечными значениями параметров характеристик их изменения (релаксации) в процессе или после возмущающих (стрессовых) воздействий.
Перспективы повышения надежности интегральных схем (ИС) зависят от уровня развития причинной теории отказов, предполагающей детальное изучение физических процессов поведения дефектов в структуре полупроводникового материала. Эффективным инструментом экспериментального определения характеристик дефектов кристаллов И С является квалигенетический подход на основе методов релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ, DLTS - Deep Level Transient Spectroscopy). Внедрение указанного метода в практику изготовления ИС сдерживается из-за отсутствия надежных и доступных программно-аппаратных средств, обеспечивающих реализацию измерительных процедур с требуемой точностью и наглядную интерпретацию результатов измерений. Теория глубоких уровней в настоящее время находится в стадии разработки, в связи с чем возникают определенные сложности при интерпретации экспериментальных результатов. Современный этап развития теории РС]ГУ пока еще не позволяет дать ее исчерпывающее описание, однако, судя по публикациям, это обстоятельство нисколько не смущает исследователей, применяющих методы РСГУ в области обеспечения качества ИС
Для освоения современных наукоемких технологий производства, к которым относится РСГУ, требуется более высокий уровень проникновения в теоретическую глубину рассматриваемой предметной области, чем это было необходимо, например, для осуществления контроля обычных параметров по ТУ. Появляется возможность установить более тесную связь между доступными для контроля параметрами и технологическими фак-
торами, непосредственно оказывающими влияние на надежность изготовляемых ИС.
Если решение фундаментальных проблем интерпретации результатов РСГУ допускает многочисленные варианты, разрабатываемые различными школами, то практическое использование методов РСГУ для контроля изделий электронной техники предполагает возможность сопоставления результатов, полученных разными исследователями в рамках точностных характеристик используемых программно-аппаратных средств.
Состояние вопроса. В условиях длительного "господства" монополизма изготовителя ИС в лице МЭИ СССР разработчики отечественной аппаратуры, особенно специального назначения, для обеспечения качества затрачивали значительные усилия на организацию и методическое обеспечение входного контроля и электротермотренировки ИС. В результате отечественными прикладной наукой и промышленностью накоплен большой опыт разработки методов и средств контроля с целью из "плохих" ИС отобрать хотя бы часть "хороших" пусть даже ценой дополнительных затрат на приобретение и отбраковку " плохих".
Осуществлялись подобные работы и в организациях электронной промышленности с основной целью - подтянуть "плохие" ИС до уровня "хороших", однако цри четко выраженном курсе на заимствование конструктивных решений серийных ИС должного внимания этим работам нельзя было уделять хотя бы по той простой причине, что технологические разработки чаще всего не опережали, а догоняли схемотехнические и конструкторские. Контролируемые параметры при этом назначались без участия технологов только на основании изучения технических условий на поставку зарубежных "аналогов", а следовательно, в техническом задании (ТЗ) на разработку средств технологического оснащения контроля отражались именно эти технические условия. Технологи и не могли участвовать в этом процессе, так как не имели опыта общения с новой
технологией. Ее по существу только предстояло создать как на уровне НИИ-разработчика, так и на уровне серийного предприятия, имеющего КБ сопровождения.
Отечественная прикладная наука добилась определенных успехов в разработке методов и средств параметрического контроля интегральных схем. Идеи и методы контроля, связанные с вопросами комплексного обеспечения надежности и качества полупроводниковых приборов и интегральных схем, изложены в работах известных отечественных ученых: И.Т. Алексаняна, Б.Е. Бердичевского, B.J1. Воробьева, H.H. Горю-нова, Н.С. Данилина, Л.Г. Дубицкого, Г.А. Кейджяна, А.И. Коробова, Я.В. Малкова, A.A. Маслова, Ю.Г. Миллера, Г.Б. Сердюка, Я.М. Со-рина, Б.С. Сотскова, В.Н. Сретенского, Р.Б. Улинича, Я.А. Федотова, A.A. Чернышева и др. Внедрению в практику параметрического контроля процессорных средств измерений способствовали работы П.А. Арутюнова, В.Н. Иванова, Г.И. Кавалерова, В.П. Корячко, Г.Я. Мирского, А.П. Стахова, Э.И. Цветкова и др. Среди работ зарубежных ученых, известных в России, следует в указанных направлениях отметить работы И. Броудай, Т. Макино, Г. Тагучи, В. Фритча, Д. Хофманна и др.
В области теоретических и практических основ электрофизических методов измерения параметров полупроводниковых материалов и структур значительную роль сьцрали работы известных зарубежных (П., Блад, С. Зи, А. Милне, Дж. Ортон, В. Шокли и др.) и отечественных (В.В. Ба-тавин, Ю.А. Концевой, Ю.В. Федорович, К.В. Шалимова и др.) ученых.
Среди известных работ по тематике диссертации, посвященных электрофизическим методам, следует выделить публикации в области релаксационной спектроскопии глубоких уровней в полупроводниках. Это направление ведет отсчет с 1974 г. после опубликования основополагающих работ Д.В. Лэнга. В развитие этого метода применительно к задачам параметрического контроля изделий полупроводниковой электроники внесли свой вклад известные зарубежные (М. Миллер, П. Мэнгелсдорф,
В. Сурбэ, В. Филлипс, Р. Формэн и др.) и отечественные (JI.C. Берман, A.B. Васильев, О.Ф. Вывенко, Г.Н. Галкин, H.H. Горюнов, В.М. Гонтарь, A.JI. Денисов, А.Г. Ждан, H.H. Кузнецов, A.A. Лебедев, П.Т. Орешкин, Д.А. Сеченов, С.А. Смагулова, М.Н. Шейнкман и др.) ученые.
Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование, экспериментальные исследования и техническая реализация адаптивных процессорных средств параметрического контроля, предназначенных для работы в системах технологического обеспечения качества компонентов микроэлектронной аппаратуры и использующих статистическое накопление результатов измерений наряду с переходом от регистрации точечных значений к характеристикам релаксации параметров интегральных микросхем, элементов и структур.
Задачи исследования:
- анализ состояния и тенденций развития методов и средств параметрического контроля интегральных схем;
- моделирование статистических процессорных средств параметрического контроля микросхем, включая разработку математических моделей алгоритмических измерений, реализующих накопление и статистическое сжатие многомерной информации о результатах контроля в системах интегральной диагностики технологических процессов;
- разработка расчетных; соотношений для технологической экспррсс-оценки метрологических характеристик новых методов и средств параметрического контроля ИС;
- разработка, экспериментальная апробация и внедрение в производство методики статистической адаптации измерителя квазидинамических параметров ТТЛ ИС, а также автоматизированных программно-аппаратных средств статистического регулирования технологического процесса изготовления многофункциональных КМОП ИС;
- теоретический и экспериментальный анализ возможностей решения основных проблем квалигенетического подхода к параметрическому кон-
тролю ИС на основе релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ) путем технической реализации и исследования режима частотно-температурного сканирования;
- систематизация и развитие информационных технологий параметрического контроля ИС на базе исследований РСГУ, использующей адаптивно-итеративное сочетание программного распознавания и аппаратной селекции релаксационных сигналов;
- разработка и реализация предложений по координации, развитию и внедрению в производство и учебный процесс результатов научных исследований в области использования спектроскопии глубоких уровней для целей параметрического контроля ИС и электронных средств на их основе.
Положения, выносимые на защиту.
1. Модель многомерного распределения параметров элементов для решения задач интегральной диагностики технологических процессов изготовления ИС.
2. Расчетные соотношения для оценки разрешающей способности процессорных средств контроля.
3. Трех и четырехпараметрическая модели аппаратных преобразований релаксационного спектрометра глубоких уровней с частотным сканированием, учитывающие нелинейность аппаратных средств и влияние, постоянной заполнения и формы релаксационного сигнала.
4. Математическая модель физических процессов в слое объемного заряда при опустошении глубоких уровней после электрического заполнения при постоянной температуре, учитывающая повторный захват носителей на ГУ как одно из проявлений полевого эффекта.
5. Алгоритм распознавания формы квазиэкспоненциальных релаксационных сигналов.
6. Элементы информационной технологии емкостной релаксационной спектроскопии глубоких уровней с адаптивно-итеративным частотно-
температурным сканированием и комплексным моделированием аппаратных преобразований и физических процессов.
7. Вариант компьютерной интерпретации параметров глубоких центров в полупроводнике, предназначенный для использования в качестве интерфейса баз данных и систем управления технологическими процессами изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем.
8. Теоретическое обоснование проекта многоцелевого мультимедиа продукта "Виртуальный спектрометр глубоких уровней".
Научная новизна.
- Впервые предложены и апробированы расчетные соотношения для оценки разрешающей способности процессорных средств контроля, основанные на оценке парной линейной корреляции между основными и повторными результатами измерений.
- Впервые предложены и идентифицированы трех- и четырехпараме-трическая модели аппаратных преобразований емкостного релаксационного спектрометра глубоких уровней с частотным сканированием, учитывающие нелинейность аппаратных средств и влияние постоянной заполнения.
- Внесены существенные уточнения в математическую мо
