Метрология наукоемкого производства

Метрология наукоемкого производства

Государственный центр «Белмикроанализ» создан в 1983 г. на НПО «Интеграл» для проведения комплексных аналитических исследований свойств полупроводниковых материалов, приборов и интегральных микросхем предприятий электронной промышленности Беларуси и Прибалтийского региона. После аттестации в Центре эталонов, стандартизации и метрологии и аккредитации на независимость и техническую компетентность первым в стране был аттестован ГКНТ и Национальной академией наук в качестве Центра коллективного пользования уникальным научным оборудованием и приборами.

Анатолий Белоус,

замдиректора по научно-технической работе филиала НТЦ «Белмикросистемы» ОАО «Интеграл», доктор технических наук, профессор

Александр Петлицкий,

директор государственного Центра «Белмикросистемы», кандидат физико-математических наук

Владимир Пилипенко,

замдиректора государственного Центра «Белмикросистемы», член-корреспондент

Сергей Шведов,

директор Филиала НТЦ «Белмикросистемы» ОАО «Интеграл»

Сегодня в ЦКП работают 17 высококвалифицированных специалистов (один из которых - член-корреспондент, 3 - кандидата наук и один - аспирант), владеющих необходимыми знаниями в области современной технологии изготовления интегральных микросхем, современными методами исследований и контроля параметров материалов и изделий микроэлектроники.

Проводимые в центре «Белмикроанализ» исследования обеспечивают выполнение НИОКР по разработке и совершенствованию конструкций, техпроцессов производства продукции, поисковые работы по материаловедению для предприятий электронной промышленности, вузов и академических институтов. При этом используется уникальное современное аналитическое оборудование известных зарубежных фирм, в единичных экземплярах имеющееся в нашей стране и редкое для стран СНГ (табл. 1).

Наличие в центре широкого спектра аналитических средств и методик позволяет комплексно оценивать параметры и свойства материалов и изделий микроэлектроники, проводить арбитражную техническую экспертизу интегральных микросхем, дискретных

полупроводниковых приборов и радиокомпонентов для установления физических механизмов и причин их отказа. Контролируются технологические и конструктивные особенности интегральных микросхем; химический состав, в том числе следовых количеств, микропримесей, твердотельных материалов; прецизионные электроннно-микроскопические измерения линейных размеров в микро- и нанометровом диапазонах.

Специалисты ЦКП разработали множество методов контроля, обеспечивающих проведение исследований с применением растровой электронной микроскопии высокого разрешения, оже-электронной спектроскопии, масс-спектрометрии вторичных ионов; спектрофотометрии, спектральной эллипсометрии, оптической микроскопии высокого разрешения, зондовых измерений, С-У-метрии, вольт-амперных характеристик, тестового контроля.

«Белмикроанализ» выполняет широкий спектр работ не только для ОАО «Интеграл», структурным подразделением которого является, но и для многих предприятий и научных учреждений Беларуси и стран СНГ, причем не только в сфере электронной техники. Специалистам центра приходилось, к примеру, исследовать состав археологических объектов из бронзы и чугуна, процесс лазерной очистки художественных произведений, состав поверхности металлокордовой проволоки и т.д.

И все же основная задача центра - метрология наукоемкого производства, включающая разработку и серийное изготовление полупроводниковых при-

боров и интегральных микросхем. Это обусловлено высокой стоимостью и сложностью процесса выпуска данных изделий, включающего несколько сотен прецизионных физико-химических технологических операций. Вследствие этого метрологическое единство измерений параметров материалов, полупроводниковых структур обусловливает высокие технико-экономические показатели производства, обеспечивающие конкурентоспособность продукции как на внутреннем, так и на внешнем рынках.

Среди множества измеряемых параметров важное значение имеют количественный состав примесей (>1013 ат/см3), геометрические размеры элементов ИМС, в частности толщины тонких (>1нм) диэлектрических и полупроводниковых пленок.

«Белмикроанализ» совместно с институтами НАН Беларуси, вузами и отечественными промышленными предприятиями участвует в разработке нового поколения контрольно-измерительного оборудования. На данный момент в Центре проводится опытная эксплуа-

тация созданного совместно с Институтом тепло- и массообмена и ГНПО «Планар» сканирующего зондового микроскопа СЗМ-200. Этот уникальный прибор позволяет исследовать объекты, к примеру изделия микроэлектроники, в высокоразрешающем оптическом микроскопе с одновременным использованием атомного силового микроскопа. В результате получается трехмерное изображение выбранного топологического элемента микросхемы или дефекта кремниевой подложки с разрешением, близким к электронно-

Измерительный комплекс в составе анализатора полупроводниковых приборов Agilent В1500А и зондовой станции Cascade Summit 11000B-AP

Высокоразрешающий растровый электронный микроскоп HITACHI S-4800 с энергодисперсионным спектрометром Bruker QUANTAX 200

20 НАУКА И ИННОВАЦИИ №7(101) Июль 2011

Таблица 1. Перечень основного научного оборудования ГЦ «Белмикроанализ»

Наименование оборудования Назначение и основные характеристики

Высокоразрешающий растровый электронный микроскоп HITACHI S-4800 с энергодисперсионным спектрометром Bruker QUANTAx 200 Разрешение - 1 нм Диапазон увеличений - 20-800 000х Макс. размер образцов - 200х200х2 мм3

Автоэмиссионный растровый электронный микроскоп HITACHI S-806 Разрешение - 4 нм Диапазон увеличений - 20-100 000х Макс. размер образцов - 150х150х2 мм3

Масс-спектрометр вторичных ионов CAMECAIMS-4F Анализируемые элементы - от водорода (Н) до урана (U) Разрешение по глубине - 5-30 нм Чувствительность - а 1012 ат/см3

Электронный оже-спектрометр Perkin-Elmer PHI-660 Анализируемые элементы - от лития (Li) до урана (U) Разрешение по глубине а 3 нм Локальность - а 0,1 мкм Чувствительность - 0,1-1,0 ат %

Инфракрасный Фурье-спектрометр Bruker Vertex 70 Исследования спектров пропускания, отражения в спектральном диапазоне - 7500-375 см-1

Микроспектрофотометр Leitz MPV-SP Локальные исследования спектров поглощения, отражения, флюоресценции прозрачных материалов: локальность -10х10 мкм, спектральный диапазон - 400-800 нм

Спектральный эллипсометр ES-2 Измерение характеристик оптически прозрачных многослойных тонкопленочных материалов в диапазоне длин волн 400-1000 нм

Спектральный комплекс Солар MS-2004i Исследование спектральных характеристик фотоприемников в диапазоне длин волн А = 200-1100 нм

Программно-аппаратный комплекс на базе оптического микроскопа Leica INM100 с УФ-приставкой Оптическое увеличение 1500х, в УФ-диапазоне - 6000 х

Измерительный комплекс в составе анализатора полупроводниковых приборов Agilent В1500А и зондовой станции Cascade Summit 11000B-AP Измерения вольтамперных и вольтфарадных характеристик элементной базы ИМС в диапазоне температур Диапазон токов - 1fA - 100 mA Диапазон напряжений - 2 pV - 100 V Диапазон емкостей - 1 fF - 100 pF Диапазон сопротивлений - 0.01 mQ - 20 MO Диапазон температур - -60 °С - +150 °С

Анализатор спектра Agilent Е4402В Измерение амплитудно-частотных и шумовых характеристик приборов Диапазон частот - 100 Гц - 3 ГГц Уровень контролируемого сигнала - -80 - +30 dBm

Измерительный комплекс в составе прецизионных измерителей Agilent E4980A, Hewlett-Packard HP4061 и зондовой станции Micromanipulator 7000 Измерения вольтамперных и вольтфарадных характеристик элементной базы ИМС Диапазон токов - 1fA - 100 mA Диапазон напряжений - 2 pV - 100 V Диапазон емкостей - 0,1 nF - 100 pF Диапазон сопротивлений - 0.01 mQ - 20 MO Диапазон измерительных частот - 20 Hz - 2 MHz

микроскопическому. При этом нет необходимости в перегрузке образцов в высоком вакууме.

Центр участвует в разработке двух новых типов приборов для контроля процесса производства микроэлектронных изделий. Со специалистами приборостроительного факультета БНТУ создается установка для оперативного неразрушающего контроля пространственного распределения параметров полупроводниковых пластин и тонкопленочных систем кремний/диэлектрик. Кроме этого, на базе сканирующего зондового микроскопа СЗМ-200 совместно с Институтом прикладной физики, ИТМО и ГНПО «Планар» планируется разработать микроволновой зондовый микроскоп, который в мире производится в единичных экземплярах, позволяющий анализировать микронеоднородности распределения проводимости полупроводниковых материалов.

В работах по созданию новой аналитической базы для электронной промышленности удачно сочетаются знания и опыт сотрудников центра в области контроля полупроводниковых материалов и структур с опытом специалистов вузов, академических институтов, ГНПО «Планар» в сфере производства прецизионного оборудования. ГЦ «Бел-микроанализ» участвует в выполнении государственных программ научных исследований, проводит совместные изыскания с БГУИР и НАН Беларуси по заданиям госпрограммы «Нанотехноло-гии и наноматериалы».

В связи с возрастающей стоимостью углеводородного сырья становится все более актуальным использование альтернативных возобновляемых источников энергии. Эту задачу коллективы центра и НПЦ по материаловедению пытаются решить в рамках программ «Электроника и фотоника», создавая перспективные солнечные элементы на основе многокомпонентных полупроводниковых материалов с повышенным КПД.