«Белмикроанализ» - центр инновационных исследований

«Белмикроанализ» -центр инновационных исследований

Рис. 3. Гамма-установка «Исследователь»

Рис. 4. Размещение образцов ИС в зоне облучения

прикладных исследований внедрены на предприятиях Беларуси (ОАО «Интеграл», МНИПИ) и России (ЦНИИ «Циклон»). В частности, в 2006-2011 гг. при выполнении ГНТП «Микроэлектроника» и «Информационные технологии» были разработаны новые методики испытаний биполярных и МОП-транзисторов и ИС на их основе при воздействии ИИ, а также методы обеспечения (повышения и прогнозирования) радиационной стойкости ИС. Внедрение этих методик и методов в ОАО «Интеграл» позволяет постоянно контролировать радиационную стойкость ИС на стадии изготовления пластин и готовых изделий, что повышает качество и надежность КМОП ИС двойного и специального применения (рис. 2).

Облучение образцов ПП и ИС проводится на изотопной гамма-установке «Исследователь» (рис. 3, 4). Энергия гамма-квантов изотопа Со60 - 1,25 МэВ.

Владимир Пилипенко,

заместитель директора ГЦ «Белмикроанализ», член-корреспондент НАН Беларуси

Александр Петлицкий,

директор ГЦ «Белмикроанализ»

Аркадий Турцевич,

главный инженер ОАО «Интеграл»

Сергей Шведов,

директор филиала НТЦ «Белмикросистемы» ОАО «Интеграл»

Надежность радиоэлектронной аппаратуры в большой степени зависит как от контроля за ее техническим состоянием в процессе эксплуатации, так и от управления качеством изготовления элементной базы, используемой при создании продукта. Поэтому при разработке и производстве сверхбольших интегральных схем (СБИС) исключительно важен контроль исходных материалов, а также анализ структуры, фазового состава и электрофизических параметров полупроводниковых материалов и многослойных тонкопленочных систем, формируемых на их поверхности. При разработке и изготовлении СБИС с субмикронными размерами такие исследования стали играть особую роль. Проводятся они в ГЦ «Белмикроанализ», созданном в 1983 г. на базе НПО «Интеграл».

Основные задачи центра - арбитражная техническая экспертиза интегральных микросхем, дискретных полупроводниковых приборов и радиокомпонентов для установления физических механизмов и причин отказа; экспертная оценка качества тонкопленочных и других твердотельных материалов по анализу их количественного и качественного элементного состава в заданной точке и распределение элементов по поверхности и объему. Сотрудники «Белмикроанализа» изучают структурно-морфологические свойства твердотельных материалов и различных тонкопленочных композиций с субмикронным разрешением, занимаются измерениями электрофизических и оптических параметров твердотельных образцов и т.д. Объекты исследований - многослойные тонкопленочные системы «металл - диэлектрик - полупроводник», требующие анализа

№3(109) Март 2012 НАУКА И ИННОВАЦИИ 15

ТЕМА НОМЕРА

структуры, фазового, элементного состава и электрофизических свойств как самих слоев, так и границ их раздела.

Специалисты центра разработали методы контроля, обеспечивающие проведение таких изысканий с применением растровой электронной микроскопии, туннельной микроскопии, оже-электронной и вторичной ионной масс-спектроскопии, спектрофотометрии, эллипсометрии, оптической микроскопии высокого разрешения, зондовых измерений, С-У-метрии, вольтам-перных характеристик, тестового контроля,

тров полупроводниковых приборов Agilent B 1500A (погрешность 0,1% при температуре измерений от -60 до +150оС).

Возможности центра ярко демонстрируются исследованиями, проведенными при разработке технологии изготовления субмикронных СБИС с использованием импульсных фотонных обработок. Установлено, что при лазерной обработке импульсами наносекундной длительности устраняются механические нарушения кристаллической решетки кремния, вплоть до глубоких царапин. Показано, что лазерная обработка с

В 1994 г. ГЦ «Белмикроанализ» прошел аттестацию в Центре эталонов, стандартизации и метрологии и признан соответствующим требованиям Системы аккредитации поверочных и испытательных лабораторий в Республике Беларусь, а также аккредитован на независимость и техническую компетентность. Во время сотрудничества НПО «Интеграл» с фирмой Motorola последняя аттестовала центр на право проведения анализа конструкции интегральных микросхем для всех своих филиалов.

в том числе и с проведением термополевых испытаний МОП-структур. В последние годы центр был дооснащен уникальным контрольно-измерительным оборудованием высокого разрешения. В арсенале исследователей появились растровый электронный микроскоп Hitachi S-4800 с разрешением 1 нм, сканирующий зондовый микроскоп с атомно-силовым и оптическим контролем (СЗМ-200) с разрешением до 1 нм (совместная разработка ИТМО НАН Беларуси, ГНПО «Планар» и ГЦ «Белмикроанализ» ОАО «Интеграл»); измерительный комплекс в составе зондовой станции модели Summit 11000 АР фирмы Cascade и измерителя параме-

длительностью импульса более 1 мкс, обеспечивающая плавление кремния, и последующая длительная термическая обработка при Ш0°С в среде сухого кислорода в кремнии формируются центры геттериро-вания быстродиффундирующих примесей и точечных дефектов.

С применением фотонных обработок стало возможным совершенствовать структуры низкотемпературных диэлектрических пленок и оплавлять легкоплавкие стекла при фотонной обработке некогерентным излучением, обеспечивающим нагрев до 1000оС;восстанавливать кристаллические решетки кремния, нарушенные ионным

Рис. 1. Растровый электронный микроскоп высокого разрешения Hitachi S-4800

16

НАУКА И ИННОВАЦИИ №3(109) Март 2012

Рис. 2. Измерительный комплекс в составе зондовой станции модели Summit 11000 АР и измерителя параметров полупроводниковых приборов Agilent B 1500A

легированием, и проводить электрическую активацию внедренной примеси практически без ее перераспределения за счет твердофазной рекристаллизации при фотонной обработке некогерентным излучением, обеспечивающим нагрев до 1100оС. Кроме того, можно формировать термостабильную структуру пленок алюминия путем их обработки некогерентным излучением, обеспечивающим нагрев до 530оС за время более 50 мс; осуществлять диффузионный синтез дисилицида титана при температуре на 100оС ниже и за время на несколько порядков меньшее, чем при длительной термообработке.

Проведенные исследования позволили впервые установить ускорение процесса модификации структуры, фазового, элементного составов и электрофизических параметров поверхностных слоев и пленок полупроводников, диэлектриков, металлов и силицидов на кремнии при импульсной фотонной обработке за счет уменьшения энергии активации их протекания. Применение таких обработок позволяет значительно снизить температурные нагрузки, испытываемые полупроводниковыми структурами при формировании СБИС, что является необходимым условием для создания субмикронных микросхем.

Это дало возможность разработать принципиально новый технологический процесс создания СБИС. Он не имеет аналогов и основан на использовании быстрых термообработок для формирования геттерирующих слоев, окисления, отжига ионно-легированных слоев, планаризации и получения термостабильной алюминиевой металлизации. Технология позволяет формировать активные элементы на эпи-таксиальных пленках толщиной 0,6 мкм, что является физическим ограничением для биполярных СБИС с электрическими параметрами и быстродействием, превосходящими аналогичные показатели традиционных технологий.

Работы в этом направлении продолжаются в рамках ГНТП «Микроэлектроника», ГПНИ «Электроника и фотоника», программы Союзного государства «Основа», проекта БРФФИ.

Среди важных достижений центра: программно-аналитический комплекс прецизионных измерений вольтамперных и вольтфарадных характеристик элементной базы СБИС с экстракцией spice-параметров

Рис. 3. Оже-электронный спектрометр Perkin Elmer PHI-660

в диапазоне температур; программно-аппаратный комплекс автоматизированной оцифровки топологии интегральных микросхем с проектными нормами до 0,6 мкм; методика контроля вертикальных сечений интегральных микросхем методом просвечивающей электронной микроскопии. Наши

специалисты - авторы комплекта методик локального контроля качественного и количественного состава материалов электронной техники с помощью вторичной ионной масс-спектрометрии, оже-электронной спектроскопии, локального рентгеноспек-трального анализа. В центре разработана система тестового контроля качества технологических процессов интегральных микросхем, позволившая повысить выход годных изделий и достичь требуемого качества и надежности выпускаемых СБИС.

Центр принимает участие в создании элементной электронной базы, производимой в филиале НТЦ «Белмикросистемы» для серийного выпуска на ОАО «Интеграл».

Мы активно сотрудничаем с академическими учреждениями - Институтом физики, Физико-техническим институтом, НПЦ по материаловедению, Институтом тепло- и массообмена, Институтом прикладной физики - в области исследования твердофаз-

ного взаимодействия алюминия с кремнием для получения надежных омических контактов в интегральных микросхемах; создания измерительных средств; анализа состава, структурных и электрофизических свойств новых синтезируемых материалов, таких как керамика, порошки, тонкопленочные соединения и др. В рамках МНТЦ совместно с Институтом физики реализован проект «Лазерная очистка художественных произведений» и т.д.

А по государственной научно-технической программе «Микроэлектроника» с Институтом прикладной физики и ГНПО «Планар» разрабатывается микроволновый зондовый микроскоп для анализа микронеоднородно-стей распределения проводимости полупроводниковых материалов.

В настоящее время центр «Белмикро-системы» проводит широкий круг исследований для научных центров и предприятий России, Украины, Польши и других стран.

спутниковая система мониторинга подвижных объектов

Спутниковый мониторинг подвижных объектов востребован в различных отраслях экономики. Прежде всего он используется для решения широкого круга задач в сфере автомобильного транспорта и сельскохозяйственных машин: оперативного дистанционного отслеживания местоположения авто- и сельхозтехники, их технических параметров (направление и скоростной режим, температура двигателя и др.); выявления фактов нецелевого использования и необоснованных простоев техники, нерационального расхода и краж топлива. Мониторинг необходим при решении задач транспортной логистики в системах управления перевозками и автопарками; для автоматического оповещения в случае аварии либо угона с определением местоположения машин, в современных системах безопасности.