СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЫ
METHOD OF INSPECTING INTEGRATED CIRCUITS

Изобретение относится к микро- и нанотехнологии и может быть использовано для неразрушающего исследования топологии интегральных микросхем (ИМС), выявления в них дефектов, ненадежных или недокументированных узлов. Наиболее эффективно его использовать на стадии проектирования микро- и наносистемной техники.
Известен оптический способ контроля ИМС, предусматривающий облучение анализируемого образца ИМС в видимой области спектра с последующим измерением наведенной фото-ЭДС в режиме потенциального контраста, стробоскопией импульсов фото-ЭДС под управлением анализатора энергии вторичных электронов и выявлением контролируемых областей по контрастным потенциалам (RU 2134468, H01L 21/66, 1999). Возможно облучение анализируемой ИМС монохроматическим модулированным излучением с последующим определением диффузионной длины неосновных носителей заряда наведенной фото-ЭДС (US 4333051, G01R 31/26,1982).
Данные способы сложны в эксплуатации и аппаратурном оформлении. Кроме того, они неприемлемы для контроля ИМС с неизвестной топологией и требуют декорпусирования кристалла ИМС.
Известны также способы контроля ИМС, предусматривающие определение их работоспособности и надежности в жестких условиях воздействий экстремальными значениями температуры, электрических нагрузок, радиации и т.п. (см., например, DE 2833780, H01L 21/66, 1980; US 4816753, G01P 31/26, 1989; RU 2146827, G01R 31/26, H01L 21/66, 2000; OCT 11.073.013-83 «Микросхемы интегральные. Методы испытаний»).
Однако данные способы сложны и энергоемки. Кроме того, их использование не исключает повреждения испытуемого образца.
Для повышения надежности и чувствительности измерений контролируемый образец подключают к генератору логического напряжения и исследуют распределение электрического потенциала на поверхности данного образца с помощью сканирующего зондового микроскопа в режиме Кельвин-моды (KR 100835482, H01L 21/66, 2008; ПМ RU 48107, H01L 21/66, 2005).
Данный способ является сложным в аппаратурном оформлении, а его область применения ограничена исследованием логических ИМС в узком частотном диапазоне, определяемом резонансными свойствами используемого в указанном микроскопе зонда-кантеливера.
Наиболее близким к заявляемому является способ контроля ИМС, предусматривающий дифференциальное исследование поверхностей испытуемого образца ИМС и ее физической модели под микроскопом в видимой части спектра, при этом судят об идентичности поверхностей испытуемого образца и модели по результатам синхронного сканирования соответствующих участков указанных поверхностей (ЕР 1541960, G01B 11/24, G01B 11/30, G01B 15/04, G01B 21/20, H01L 21/66, G01B 15/00, 2005; US 7126700, G01B 11/02, G01B 11/24,2006).
Однако прототипный способ обладает низкой информативностью, поскольку он не позволяет непосредственно судить о топологии расположения элементов ИМС. По этой причине он принципиально неприемлем для оценки надежности выполнения элементов ИМС, взаимовлияния их температурных полей, а также для выявления недокументированных узлов.
Техническая задача предлагаемого способа заключается в повышении информативности способа.
Решение указанной технической задачи состоит в том, что в способ контроля ИМС, предусматривающий исследование ее физической модели под микроскопом, вносятся следующие изменения:
1) физическую модель формируют в полупроводниковой структуре «кремний-на-изоляторе»;
2) тыльная поверхность используемой в модели структуры «кремний-на-изоляторе» выполнена прозрачной для инфракрасного излучения;
3) исследуют топологию физической модели с тыльной поверхности структуры «кремний-на-изоляторе» в инфракрасном диапазоне длин волн от 940 до 1050 нм под микроскопом, оснащенным фотоприемником на основе ПЗС матрицы.
Причинно-следственная связь между внесенными изменениями и достигнутым техническим результатом заключается в возможности микроскопирования топологии используемой модели ИМС при облучении ее инфракрасным светом в диапазоне длин волн от 940 до 1050 нм через прозрачную для данного диапазона длин волн тыльную сторону подложки ИМС, выполненной по технологии «кремний-на-изоляторе».
Указанный выше диапазон длин волн установлен авторами экспериментально из условий возможности освещения исследуемой поверхности ИМС и высокой чувствительности приема изображения ПЗС матрицей стандартного разрешения 768×572 пикселей. При облучении ИМС длиной волны менее 940 нм резко ухудшаются яркость и контрастность принимаемого изображения, а при выходе за верхний предел 1050 нм прием изображения невозможен. Представляется вероятным, что при использовании ПЗС матрицы более высокого разрешения диапазон приема изображения может быть несколько расширен переносом его верхней границы. Однако это в современных условиях нецелесообразно из-за громоздкости и исключительно высокой стоимости требуемого аппаратурного оснащения.
Для повышения информативности контроля исследуют физическую модель ИМС, подключенную к источнику электрического питания, включая генератор тестовых сигналов и т.п. При этом возможно дополнительно судить о режимах работы элементов ИМС по интенсивности наблюдаемых тепловых полей в окрестностях данных элементов. В частности, в данном варианте осуществления способа можно судить о местном перегреве элементов ИМС и их реакции на изменение значений тестовых сигналов.
2
При техническом осуществлении способа прозрачность тыльной стороны подложки модели ИМС обеспечивается путем ее микрошлифования и/или химического травления. При этом технологичность химического травления используемой кремниевой подложки в варианте ее полного вытравливания обеспечена тем, что входящая в ее структуру пленка SiO выполняет функцию стоп-слоя.
При положительном результате контроля конструкторские и топологические решения, реализованные в модели, могут быть осуществлены при использовании других материалов подложки. Кроме того, поскольку контроль является неразрушающим, исследованная модель может быть передана в эксплуатацию. При этом в случае необходимости по месту вскрытия подложки наносят дополнительное покрытие.
На фиг.1 указана схема участка модели, контролируемой ИМС, к приведенному примеру; на фиг.2 и 3 представлены фотографии объекта исследования, полученные при осуществлении способа в вариантах по пп.1 и 2 формулы к приведенному примеру.
2
ПРИМЕР. Модель контролируемой ИМС (фиг.1) выполнена с использованием полупроводниковой структуры «кремний-на-изоляторе». Она содержит кремниевую подложку 1, на рабочей поверхности которой последовательно расположены изоляционные слои 2 и 3 двуокиси кремния, причем в слое 3 расположены области приборного кремния 4, 5 и 6. К областям 4 и 6 подведены алюминиевые контакты 7, а над областями 5 выполнены поликремниевые затворы 8. Указанные контакты и затворы защищены слоем 9 межэлементной изоляции. Далее расположен защитный диэлектрический слой 10 из SiO.
Тыльную поверхность подложки 1 подвергают механическому шлифованию с последующим химическим травлением из расчета обеспечения ее прозрачности для инфракрасного излучения в используемом диапазоне длин волн.
Исследование топологии физической модели проводят с тыльной поверхности подложки 1 в инфракрасном свете при длине волны 980 нм под микроскопом, оснащенным фотоприемником на основе ПЗС матрицы.
Результаты исследования представлены на фотографии фиг.2, на которой различимы области приборного кремния 4 и 6, алюминиевые контакты 7 и поликремниевые затворы 8, соответствующие техдокументации на данную ИМС.
При подключении физической модели к источнику электрического питания ее топологические элементы наблюдаются более яркими и контрастными (фиг.3). В данном примере яркость токопроводящих элементов наблюдается равномерной, что свидетельствует об отсутствии местных перегревов.
По результатам исследования модели судят о возможности переноса топологии реализованной ИМС на подложку из другого материала, а также о возможности передачи данной модели в эксплуатацию.
Таким образом, использование предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет повысить информативность контроля ИМС в связи с обеспечением возможности анализа ее топологии и режима работы элементов схемы. Положительным эффектом, производным от достигнутого, является сохранение работоспособности элементов схемы, поскольку выполняемый контроль является неразрушающим.