第5章 测量学和缺陷检查.ppt

第五章  测量学和缺陷检查 5.1 集成电路测量学 无图形的表面测试系统 监控片与有图形的硅片 5.2 质量测量 一．膜厚 由于硅片工艺是成膜工艺，在整个制造工艺中硅片表面有多种类型不同的膜。这些不同类型的膜有金属、绝缘体、光刻胶和多晶硅。它们或是不透明薄膜或是透明薄膜。膜的关键质量参数是它们的厚度。 不透明导电膜的厚度可用四探针法来测量。 方形的薄层图形 四探针法的原理示意图 四探针电阻仪 透明薄膜的厚度一般用椭偏仪来测量。 椭偏仪的基本原理是用线性的偏振激光光源，当光在样本中发生反射时，变成椭圆的偏振。椭偏仪测量反射得到的椭圆偏振，并根据已知的输入值（例如反射角）精确的确定薄膜的厚度。 椭偏仪测试具有小的测试点、图形识别软件和高精度的硅片定位特色。 椭偏仪的基本原理 椭偏仪能够测量几十埃量级厚度的不同类型的薄膜，如可测量栅的厚度小于40埃。可测量的材料包括介质，金属和涂覆的聚合物。最基本的要求是膜层为透明或半透明的。 薄的金属层（500A）被看作是半透膜，可以用椭偏仪测量。例如铜互连工艺中用到的铜种子层。(厚度大于1000A的金属层通常被认为是不透明的，不能用椭偏仪进行测量。) 椭偏仪应用：椭偏仪可以被直接集成到工艺设备中，应用于注入刻蚀和平坦化一些领域的原位（实时）测试，可以精确的确定工艺中加工膜厚的终点。 反射光谱学 反射光谱学是三种基本的光学测试技术之一，另外两种分别是光学椭偏仪和光学显微镜。 结构的反射经常用于描述位于不吸收光的硅片衬底上的吸收光的介质层的层厚特性。根据光在薄膜层顶部和底部反射的关系，反射仪能够被用于计算膜厚。 X射线测量薄膜厚度 X射线束能聚焦在表面上，通过X射线荧光技术（XRF）来测量膜厚度。当X射线射到薄膜时，吸收的辐射激活薄膜中的电子。当受激电子落入低的能态，就发射出X射线光子（荧光），光子的能量代表薄膜原子的特性，通过测量这些X射线光子，就可以确定膜厚。 XRF技术主要用于单层薄膜。 全反射X光荧光谱仪 光声技术 光声技术是在测量金属薄膜方面的必威体育精装版进展，是一种非接触技术。 根据入射光的声学节拍，撞击表面及膜下界时，产生反弹的回声。反弹回来的脉冲回声消耗的时间可用来计算薄膜的厚度。 光声法膜厚测量 二. 膜应力 在通常的制造工艺中，薄膜上可能引入强的局部应力。这些应力会造成衬底形变，并产生可靠性问题。用薄层应力测量工具可以测量这种形变。在薄膜淀积前后，利用扫描激光束技术或分束激光技术测量硅片半径，绘制硅片应力的剖面图。 硅片中的应力分布 薄膜应力通常用圆片在淀积前后的弯曲变化来测量。膜应力由下式给出： 三. 折射率 折射是透明物质的特性，它表明光通过透明物质的弯曲程度。折射率的改变表明薄层中有沾污，并造成厚度测量不正确。对于纯的二氧化硅折射率是1.46。对于薄层的折射率可以通过干涉和椭圆偏振技术来测量，与用于确定薄膜厚度的椭偏仪相同。 折射率 四. 掺杂浓度 在硅的一些区域（如pn结、外延层、掺杂多晶硅）中杂质原子的分布情况直接影响到半导体器件的性能。常用的在线测量方法是四探针法（用于高掺杂浓度）、热波系统（用于低掺杂浓度），在生产线外的测量方面，有二次离子质谱仪、扩展电阻探针、电容—电压特性测试等几种方法。 热波系统 广泛应用于监测离子注入剂量浓度。测量由于离子注入而在硅片中形成的晶格缺陷。 使用方便，有图形或没图形的硅片都可通用。其缺点主要是测量过程会导致硅片的损伤，因而需要校正曲线以间接估算掺杂浓度。 Thermal Wave System for Measuring Dopant Concentration 扩展电阻探针 扩展电阻探针（SRP）用于测量掺杂浓度的剖面和电阻率。 SRP的弱点是需要熟练的操作者，样片制备和破坏性的测试，优点是不受结深限制便能进行精确的掺杂浓度测量。 扩展电阻探针（SRP） 五. 无图形的表面缺陷 无图形的硅片是裸硅片或有一些空白薄膜的硅片。后者用做测试片，在工艺进行时使用以提供工艺条件的特征信息。用于工艺监控的无图形硅片上典型的缺陷包括颗粒、划伤、裂纹和其他材料缺陷。对硅片表面的缺陷检测分为两种类型：暗场和亮场的光学探测。亮场探测是用显微镜传统光源，它直接用反射的可见光测量硅片表面的缺陷。暗场探测检查位于硅片表面的缺