微电子11-测量学与缺陷检测.ppt

集成电路测量学 测量设备 成品率 质量测量 膜厚 膜应力 折射率 掺杂浓度 无图形的表面缺陷 有图形的表面缺陷 关键尺寸（CD） 台阶覆盖 套准精度 电容－电压（C－V）测试 接触角度 分析设备 TOF-SIMS：飞行时间二次离子质谱仪 AFM：原子力显微镜 XPS：X射线光电能谱仪 TEM：透射电子显微镜 EDX：能量弥散谱仪 FIB：聚焦离子束 良品率测量点 硅片制造中形成表面形貌，因此取得好的台阶覆盖能力是材料的必要特征（见图）。良好的台阶覆盖要求有厚度均匀的材料覆盖于台阶的全部区域，包括侧墙和拐角。 一种高分辨率带触针的非破坏性形貌仪常用来测量台阶覆盖和硅片表面的其他特征。这种自动化表面测量仪器使用一根触针加以低至0.05mg的力接触硅片表面，轻轻地绘出硅膜形貌图而不损伤硅片表面（见图）。触针通常有半径0.1um的金刚石尖，用久了的针尖半径可达到12.5um。当前，形貌仪可以以7.5?的步长，重复测量硅片上0.1um的细小特征。 套准精度是用在光刻工艺之后，测量光刻机和光刻胶图形与硅片前面刻蚀图形的套刻的能力。随着特征尺寸的缩小，套刻标记的容差减小，掩膜板上的图形标记与硅片上的对准成为挑战。化学机械平坦化（CMP）的使用在硅片上产生了对比度很小的图像，这些图像难以分辩。这种情况使得硅片与掩膜板的对准更加复杂（见图）。 MOS器件的可靠性高度依赖于栅结构中高质量的氧化薄层。栅氧化区域的沾污可能导致正常的阈值电压的漂移，导致器件失效。 可动离子沾污（MIC）和其他不希望的电荷状况可以在氧化工艺步骤后用电容－电压测试进行检测。 通常做C－V特性以检测氧化步骤之后的离子污染。 另外，C－V特性测试提供了栅氧化层完整性能的评价（GOI），包括介质厚度、介电常数（k）、电极之间硅的电阻率（表征多数载流子的浓度）以及平带电压。 理解栅氧特性的理想模型是平行板电容器。在C－V测试时，氧化层和硅衬底等效为串联电容（见图）。 C－V测试－ 在C－V沾污测试中，使用专用的硅片模拟栅区的两个串联电容。栅氧化层上方金属区域与氧化层下方轻掺杂的硅之间施加以可变电压（见左图）。在测试中画出电容电压的关系曲线（见右图）。 接触角度仪－用于测量液体与硅片表面的黏附性，并计算表面能或黏附性力。这种测量表征了硅片表面的参数，比如疏水性、清洁度、光洁度和黏附性（见图所示）。在液滴与支撑表面之间形成的接触（正切）角度与固/液或液/液界面的相互作用力相关，并能用于硅片测试规范或用做硅片质量分析。直接角度测量法和间接尺寸测量法都可用于获得高度精确和可重复的接触角度的测量。 这些分析仪器提供高度精确的硅片测量，它们通常位于线外的实验室，以解决生产问题。图显示了这些设备中一些首次使用的时间，以及每一种如何重要或是如何计划用于工艺开发或制造的。这些分析设备综述如下： 二次离子质谱仪（SIMS） 飞行时间二次离子质谱仪（TOF－SIMS） 原子力显微镜（AFM） 俄歇电子能谱仪（AES） X射线光电能谱仪（XPS） 透射电子显微镜（TEM） 能量和波长弥散谱仪（EDX和WDX） 聚焦离子束（FIB） 现代半导体器件物理与工艺 桂林电子科技大学 测量学和缺陷检查 * 现代半导体器件物理与工艺 桂林电子科技大学 测量学和缺陷检查 * 现代半导体器件物理与工艺 桂林电子科技大学 测量学和缺陷检查 * 测量学和缺陷检测 测量学是关于确定尺寸、数量和容积的测量的科学。测量学指的是在工艺流程中为了确定硅片的物理和电学特性的技术与过程。用于制造中的测量学使用测试设备和传感器来收集并分析关于硅片参数和缺陷的数据。缺陷是指导致不符合硅片规范要求的硅片特性或硅片制造工艺的结果。硅片的缺陷密度是指硅片表面单位面积的缺陷数，通常以cm2为单位。硅片缺陷按类型和尺寸来划分。制造人员应用测量学以确保产品性能，并做出关系到改善工艺性能的有意义的决定。 集成电路测量学使测量制造工艺的性能以确保达到质量规范标准的一种必要的方法。为了完成这种测量，需要样片、测量设备和分析数据的方法。 无图形的表面测试系统 为进行在线工具的监控，许多半导体制造厂已经开始使用生产的硅片，有时是用有图形的硅片（见图）。用实际生产硅片模拟更接近工艺流水中发生的情况，为制造团队成员做出决定提供了更好的信息。 监控片与有图形的硅片 在硅片制造中，用于性能测量的测量学设备有不同的类型。区分这些设备最主要的方法是看这些设备怎样运作，是与工艺分离的独立测试工具还是与工艺设备集成在一起的测量学设备。表1展示了测量设备的两种主要分类。独立的测试设备进行测量学测试时，不依附于工艺。集成的测量仪器具有传感器，这些传感器允许测试工具作为工艺的一部分,其作用并发送实时数据。 成品率是一个硅片工