材料分析技术在集成电路制程中的应用.docx

材料分析技术在集成电路制程中的应用谢咏芬、何快容

简介

在现今的微电子材料争论中，各式各样的器通常被用来帮助技术开发(TechnologyDevelopement)、制程监控(ProcessMonitoring)、故障分析(FailureAnalysis)、和进展产品功能特别侦错(ProductsDebug)等争论(请见图11-1-1)；本章将简要表达各种器的工作原理、区分率、和侦测极限，并以典型的实例来说明这些分析技术在半导体组件制造中的应用。

图11-1-1

有关微电子材料的分析技术可以概分为构造分析(物性)与成份分析(化性)两大类，常见的仪器计有光学显微镜 (OpticalMicroscope,OM)，扫描式电子显微镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)，X光能谱(X-raySpectrometry)，穿透式电子显微镜(TransmissionElectronMicroscope,TEM)，聚焦式离子束显微镜(FocusedIonbeam,FIB)，X光绕射(X-rayDiffractometer,XRD)，扫描式欧杰电子显微镜(ScanningAugerMicroscope,SAM)，二次离子质谱仪(SecondaryionMassSpectrometry,SIMS)，展阻量测(SpreadingResistanceProfiling,SRP)，拉塞福背向散射质谱仪(RutherfordBackscatteringSpectrometry,RBS)，和全反射式X-光萤光(TotalReflectionX-rayFluorescence,TXRF)等十几种之多，请见图11-1-2。

目前在IC工业中，无论是生产线或一般的分析试验室中，几乎随处可见到光学显微镜，然而对各类的IC组件构造观看或日常的制程监控，最普遍的分析工具仍是扫描式电子显微镜；近几年来，由于组件尺寸微小化(DeviceMiniaturization)的趋势已步入深次微米(DeepSub-Micron)的世代，很多材料微细构造的观看都需要高区分率(Resolution)的影像品质，穿透式电子显微镜的重要度自然日益提高；但是在进展组件故障或制程特别分析时，往往需要定点观看或切割局部横截面构造，以便确认特别发生的时机或探讨故障的真因，因此聚焦式离子束显微镜(FocusedIonBeam,FIB)应运而生，这项分析技术近五年来蓬勃进展，供给了定点切割技术(PrecisionalCutting)、自动导航定位系统(AutoNavigationSystem)、和马上蒸镀和蚀刻(In-SituDepositionandEtching)等功能，大大的满足了各类定点观看的需求，同时也带来了其它像线路修补(CircuitRepair)、布局验证(LayoutVerification)等多样化的功能，使得各类分析的进展削减了试片制备的困扰，同时对定点分析的力量可提升到0.1um以下的水准。

图11-1-2

在成份分析方面，附加在扫描式电子显微镜上的X光能谱，固然是最简便的化学元素器，其使用率始终也是全部元素器当中最高的；然而由于有限的侦测浓度和可侦测的元素范围，对微量的成份或外表污染，需借重二次离子质谱仪或全反射式X光萤光，而对纵深方向(DepthProfiling)的元素分布，则需利用拉塞福背向散射质谱仪、扫描式欧杰电子显微镜或二次离子质谱仪才能完成；此外，假设是要对结晶材料(CrystallineMaterials)的晶体构造或原子排列方向作深入的分析，则可以利用X光绕射或穿透式电子显微镜的电子绕射图样(ElectronDiffractionPattern)作进一步的争论。

对于各种器的根本原理，简要来说，一般显微镜的系统，多是利用光学镜片或电磁场来偏折或聚焦带能量的粒子束〔例如：可见光、电子、离子、X光〕，借着粒子束与物质的作用，激发出各类二次粒子〔例如：可见光、二次电子、背向散射电子、穿透式电子、绕射电子、二次离子、特性X光、绕射X光、欧杰电子、光电子、背向散射离子、萤光等〕，侦测其二次粒子的能谱、质谱、光谱、或成像，即可分析材料的构造和特性。在各类仪器中可以依入射粒子束的不同，概分为三大类：

一、电子(请见图11-1-3)，二、离子(请见图11-1-4)，三、X光(请见图11-1-5)；

图11-1-3

图11-1-4

图11-1-5

材料分析技术

光学显微镜(OpticalMicrosco