半导体测试-薄层厚度测量.pptVIP

* * 第四章 薄层厚度测量 多数半导体器件和集成电路的主体结构，由各种形状和尺寸的薄层构成。这些薄层主要有: 二氧化硅SiO2 氮化硅SiNx 掺杂扩散层/离子注入层 Si外延层 金属膜(Al、Cu等）/多晶硅膜 这些薄层很薄，一般在μm 范围内。 一、引言 二氧化硅SiO2 、氮化硅SiNx的用途 具有绝缘、抗腐蚀性强、易于制备等特点，常在半导体器件制造中用作掺杂阻挡层、表面绝缘层、表面钝化层、绝缘介质等，是硅器件制造中最为广泛应用的一种膜层。 一些晶体管的平面制作工艺。 双极晶体管 MOS晶体管 二、薄膜厚度测量的主要方法 （一）比色法 图4.1 白光 薄膜上下表面的两束反射光产生干涉 图4.2 颜色与厚度的对应关系 当镀膜变得越来越厚时，晶圆的颜色就会按照一个特定顺序变化，并且不断重复。我们把每一个颜色的重复称为一个顺序(0rder)。 红 紫 橙 黄 绿 蓝 靛 760nm 380nm （二）干涉条纹法 图4.3 白光入射下的干涉条纹 1、在白光下观察 彩色条纹 测量方法： 根据彩色条纹的颜色变化规律，查表求得薄膜厚度 2、单色光测量 黑白相间条纹 干涉显微镜 第1个明条纹对应的厚度：t1=λ0/2n (n是薄膜折射率） 第2个明条纹对应的厚度：t2=2λ0/2n …… 第N个明条纹对应的厚度：tN=Nλ0/2n （薄膜总厚度） 2、膜厚仪 基于干涉原理，可自动实现膜厚测试。 膜厚测量仪主要包括：宽带光源、高性能线阵CCD光谱仪、传输光纤、样品测试台及测量分析软件。 （三）椭偏仪测量法 1、方法简介 它应用极化光测量高吸收衬底上的介电薄膜，如硅衬底上的二氧化硅层；能同时准确确定出薄层材料的折射率和厚度，测量精度比干涉法高一个数量级以上，是目前已有的厚度测量方法中最精确的方法之一。 2、非极化光与极化光 光是一种电磁波，电磁波是横波，振动方向和光波前进方向垂直。通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为非极化光或者自然光。 非极化光/自然光 偏振光的应用 1、汽车车灯 　　 2、观看立体电影 　　 3、生物的生理机能　　 蜜蜂 4、LCD液晶屏 　　 利用相位补偿方法可以测出 （4.4） （4.5） 在光线通过镀膜的通路中，光束平面的角度已经发生了旋转。而光束所在平面旋转的角度大小取决于膜厚和晶圆表面的折射系数。 图4.13、图4.14 1/4波片：将线偏振光变换成椭圆偏振光 起偏器的作用：在一定的起偏角下，椭圆偏振光经过样品后能够变成线偏振光。 检偏器的作用：将样品出射的线偏振光进行消光，从反方向上对消线偏振光的能量，使得最终出射光为零。 4、椭偏仪的测量过程与方法 探测器 透镜 检偏器 样品 ?波片 起偏器 激光器 角度编码器探 角度编码器探 旋转底座 样品台 全波长椭偏仪 波长范围：350~850 nm 应用 太阳能电池: 减反膜工艺 TFT-LCD: SiOx,SiNx,a-Si:H, N+a-Si, Al2O3 SiO2 Si3N4 二、外延层厚度、扩散层和离子注入层深度的测量 （一）磨角染色法 *