In-situ charakterizace polovodičů pomocí technik rastrující sondové mikroskopie

Abstract

Diplomová práce se zaměřuje na analýzu polovodičových součástek pomocí rastrovací sondové mikroskopie. V první části jsou krystalické látky rozděleny dle elektrických vlastností. Poté je uvedena teorie vlastních a nevlastních polovodičů, PN přechod a nakonec jsou představeny základní typy a funkce tranzistorů. Ve druhé kapitole jsou uvedeny techniky SPM a jejich principy fungování, které jsou vhodné pro poruchovou analýzu polovodičových součástek. Ve třetí kapitole je představena měřící sestava, která se skládá z rastrovacího elektronového mikroskopu MIRA a rastrovacího sondového mikroskopu LiteScope, který využívá samosnímací sondy. Ve čtvrté kapitole jsou představeny polovodičové vzorky, kterými byly wolframové prokovy v řezu CMOS čipu, řez bipolárním tranzistorem a lamela unipolárního tranzistoru MOSFET. Na těchto vzorcích byla v poslední kapitole provedena analýza technikami AFM, CAFM, EFM, KPFM a SSRM. U každé techniky a vzorku byla provedena analýza změřených dat. Společně s technikami byly představeny základní omezení a zajímavé výstupy pro poruchovou analýzu.The thesis focuses on the analysis of semiconductor components using scanning probe microscopy. In the first part, crystalline substances are classified according to their electrical properties. Then, the theory of intrinsic and extrinsic semiconductors, PN transitions and finally the basic types and functions of transistors are introduced. In the second section, SPM techniques and their principles of operation are presented, which are suitable for failure analysis of semiconductor devices. The third chapter introduces the measurement setup, which consists of a scanning electron microscope MIRA and a scanning probe microscope LiteScope, which uses self-sensing probes. In the fourth chapter, the semiconductor samples analyzed were tungsten plugs in a cross-section of CMOS chip, a cross-section of bipolar transistor, and a lamella of unipolar MOSFET transistor. Analysis of these samples was performed using AFM, CAFM, EFM, KPFM and SSRM techniques in the last chapter. For each technique and sample, an analysis of the measured data was performed. Together with the techniques, the basic limitations and interesting outputs for failure analysis were presented.