книги / Оптические методы контроля интегральных микросхем

Соединения кланом

32

Окончание табл. 8

Наиболее общему критерии отбраковки —наличию ца­ рапин и пустот вне зависимости от участка металлиза­ ции (сквозные царапины или пустоты не должны умень­ шать ширину металлизации более чем на 50% запроек­ тированной ширины) [49, 50]. В качестве примера трудности оптического контроля сложных схем на рис. 10 приведено изображение топологии ИС IV сте­ пени интеграции.

Требования к оптическим методам контроля кристал­ лов и основании микросхем, регламентированные отече­ ственными стандартами [51], практически мало отли­ чаются от требований условия В стандарта MIL-STD-883.

Следует отметить, что развитие технологии ИС влияет не только на бракующие дефекты и критерии забракова­ ния, как это видно из сравнения стандартов MIL-STD-883. Переход к новой технологии, как правило, вызывает и появление новых ОМК. Например, при пе­ реходе к рентгеновской, проекционной, лазерной и элек­ тронно-лучевой литографии, когда размеры элементов ИС составляют единицы микрон, возникает необходи­ мость использовать растровую электронную микро­ скопию.

При оптическом контроле ИС/ различающихся по внешнему виду, целесообразно оптимизировать парамет­ ры контрольной операции: время экспозиции, энергию измерения, кратность увеличения. В частности, экспери­ ментальное исследование БИС со степенью интеграции до 1600 переходов на кристалл свидетельствует о целе­ сообразности двухступенчатого оптического контроля с фотографированием. Первая ступень — получение образ­ ного снимка с использованием микроскопа при увеличе­ нии порядка 20*, целью которого является обнаруже-

2.4. Пути дальнейшего повышения информативности методов и совершенствования документов по оптическому контролю ИС

Контроль качества металлизации с помощью микро­ скопа по методу 2010.2 стандарта MIL-STD-883A из-за недостаточного увеличения и глубины резкости не по­ зволяет выявлять ряд важных аномалий технологическо­ го процесса и некоторые виды дефектов металлизации и проволочных соединений [11, 52]. Таким образом, нужно, чтобы система НТД как бы «отслеживала» дина­ мику качества ИС, т. е. она должна сама становиться объектом динамичного управления в общей системе управления качеством ИС.

Дальнейшее повышение информативности ОМК должно основываться на анализе взаимосвязи видов де­ фектов, внешних воздействий и их последствий с норма1 ми на критерии годности (табл. 9).

Ужесточение норм критериев годности с целью повы­ шения информативности ОМК вызывает необходимость улучшить метрологические характеристики средств конт­ роля. Способы определения требований к этим характе­ ристикам исходя из требований к качеству ИС изложе­ ны в [53]. Вместе с тем наступает период, когда даль­ нейшее повышение качества ИС требует перехода к принципиально новым методам контроля. Совершенство­ вание методов контроля и НТД шло по пути внедрения новых методов, позволяющих выявлять соответствующие дефекты. В первую очередь, следует отметить метод РЭМ. Например, документами НАСА внедрена специ­ альная методика GSFC-S-311-P-12 отбраковки изделий с дефектами металлизации с помощью РЭМ [48]. Метод РЭМ для контроля металла над ступеньками окисла введен также и в новую редакцию стандарта MIL-STD-883A (метод 2018) для контроля высокона­ дежных ИС, используемых в авиационной и космической технике [10].

В методе РЭМ используют плотно коллимированный электронный луч (3—30 нм в диаметре), который можно направить на очень малую площадь элемента. Когда электроны ударяются об образец, наблюдается неупругое рассеяние некоторых электронов. Эти так называе­ мые вторичные электроны собираются коллектором и служат для получения изображений. Изменением напря-

38

грузки. Электри­ ческий ток

жеиия электронно-лучевая трубка приводится в действие одновременно со сканирующим лучом, а се яркость мо­ дулируется вторичной электронной эмиссией. Взаимно­ однозначное соответствие сканирующего луча и растра электронно-лучевой трубки обеспечивает получение изо­ бражения на РЭМ [52, 54].

РЭМ обеспечивает очень сильное увеличение (от 1000 и свыше 50 000х) с большой глубиной резкости, что дает возможность рассматривать дефекты металлизации на ступени ркисла, обеспечивает видеозапись наихудших

39

случаев нарушения целостности покрытия и поэтому ши­ роко применяется для проверки качества металлизации и толщины покрытия.

Широкое применение РЭМ при анализе отказов на испытаниях позволило оперативно устранять их причи­ ны. В этом случае, как правило, используется эмиссион­ ный режим работы РЭМ. Этот же режим используется для отбраковки кристаллов с дефектами металлизации

кладывается рабочее напряжение, а изображение уве­ личивают с целью сканирования отдельного участка схе­ мы или схемы целиком. Количество вторичных электро­ нов несет определенную информацию о проходящих процессах, плотности материала и о напряжении сме­ щения. Потенциальный контраст в исходных материалах будет пропорционален приложенному напряжению. Мед­ ленный порядок следования сигналов входного напря­ жения позволяет проследить работу схемы [52, 54].

Проверка сложных логических микросхем — более трудоемкий процесс. Здесь может понадобиться приме­ нение быстродействующего телевизионного сканирова­ ния. Сканирующий растр обеспечивает получение 60 изображений в секунду, которые можно записать на видеоленту. Медленное воспроизведение ленты или остановка кадра дают возможность проследить за ходом логических операций.

К недостаткам РЭМ следует отнести необходимость предварительного удаления глассивации (стеклянного покрытия), что иногда вызывает искажение полученных данных. Сканирование должно производиться в вакууме. При анализе отказов с помощью РЭМ электронные лу­ чи могут дать искаженную картину, поскольку электро­ ны могут накапливаться па поверхности и разрушать ее или образовывать инверсные слои. Особенно чувстви­ тельны к этому полевые МОП и планарные р — п —р-тракзисторы. Недостатком РЭМ является так­ же трудность объективной оценки толщины покрытия, его высокая стоимость и необходимость больших затрат времени, что требует рационального отбора контрольных точек, технических характеристик, планов и других эле­ ментов методики контроля, которые могут меняться в зависимости от уровня дефектности продукции.

40