半导体制造技术..ppt

半導體製造技術第 7 章量測與缺陷 課程大綱 解釋為何要量測IC，並討論相關的儀器設備、良率與資料收集。 說明晶圓製作時的12項品質量測，並指出相關之製造步驟。 敘述品質量測之測量技術與儀器。 列出7種適合於IC之分析儀器。 IC 量測 量測設備 良率 資料管理 未圖案化表面檢查系統 監控晶片 vs. 圖案化晶片 量測工具的分類 製造區域中晶片製造的品質檢驗 薄膜厚度 電阻率與片電阻 四點探針 片電阻(不透明材質) 范德波 輪廓圖 橢圓偏光儀(透明薄膜) 反射光譜儀 X射線薄膜厚度 光聲技術 正方形薄膜 四點探針 范德波片電阻率 片電阻輪廓圖 橢圓偏光儀的基本原理 薄膜層的光反射 XRF的薄膜厚度量測 光聲薄膜厚度量測 晶片的詳細應力圖 折射圖 pn接面 量測摻質濃度的熱波系統 散布電阻探針 (SRP) 表面缺陷 未圖案化表面之缺陷 光學顯微鏡 光學系統 光散射缺陷偵測 每片晶圓通過製程之微粒數 圖案化表面缺陷 圖案化晶圓之光散射 暗場及亮場偵測 晶片檢驗系統 光學系統圖解 共焦顯微鏡的原理 利用光散射偵測微粒 微粒分布圖 其他量測設備 臨界尺寸(CD) 掃描式電子顯微鏡(SEM) CD SEM 階梯覆蓋 重疊對準 電容－電壓測試 接觸角度 CD-SEM的簡略概要圖 臨界尺寸－掃描式電子顯微鏡 階梯覆蓋 表面輪廓 重疊對準圖示 閘極區之兩電容器的MOS模型 C-V測試設定和略圖 n型矽的電容vs.電壓 C-V測試裡的離子電荷收集 n型矽的電壓改變 接觸角度 分析儀器 二次離子質譜儀 (SIMS) 飛行式二次離子質譜儀 (TOF-SIMS) 原子力顯微鏡 (AFM) Auger電子光譜儀 (AES) X射線電子光光譜儀 (XPS) 穿透式電子顯微鏡 (TEM) 能量與波長分散光譜儀 (EDX和WDX) 聚焦離子束 (FIB) 分析儀器的相對重要性 表面物質的離子束濺擊 雙重電漿式之離子生產 TOF-SIMS質譜儀規則 原子力顯微鏡概要圖 Auger電子光譜儀 以電子束射向待測樣本，樣本表面可激發且射出Auger電子 (Auger electron) 此項技術對樣本表面處非常敏感，量測深度約10到50?。 不同元素所發射的Auger電子，其能量亦不相同。 XPS量測概要圖 TEM概要圖 半導體製程中的TEM應用實例 能量分散光譜儀 聚焦離子束研磨 順形階梯覆蓋 非順形階梯覆蓋 (孔洞) 圖 7.21 陰極射線管 近接式感應器 尖針移動 尖針 X-Y Stage 掃描方向 晶片表面 線性驅 動單元 控制 電子 放大器 +5V -5V +24 V DI 圖 7.22 理想的重疊對準 X1 = X2, Y1 = Y2 非理想的重疊對準 X1 X2, Y1 Y2 X1 X2 Y1 Y2 X1 X2 Y1 Y2 圖 7.23 導體 氧化物 矽 閘極 基板 源極－汲極 接地 介電層 源極 閘極 汲極 P+ P+ p型矽基板 多晶矽(摻雜) Si(摻雜) P+ SiO2 圖 7.24 氧化物 電容測量器 電源 供應器 量測每個偏 壓值之電容 (1次增加1V) 範圍從?5V至5V n型矽 金屬 金屬 圖 7.25 -2 -3 -5 -4 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 Cmax 偏壓 0 n型矽之C-V點 Cmax 圖 7.26 電容 N-type silicon Metal Al + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 溫度大約為200 ? 300℃ 電源供應器 氧化物 圖 7.27 於C -V測試中，將帶正電的離子驅趕至氧化物／矽之介面 0 -2 -3 -5 -4 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 Cmax 偏壓 n型矽之C-V點 Cmin DV 圖 7.28 電容 接觸角度 滴狀液體 基板 圖 7.29 圖 7.30 離子束 濺擊出原子和分子 圖 7.31 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 氣體入口(如Ar) 燈絲接頭 電磁鐵 鎢燈絲 陽極 萃取電極 離子束(Ar+) 真空反應室 離子生產源組件 圖 7.32 電壓 路徑長，L 檢測器 簾柵極 樣本 v m ±q 圖 7