非接触晶圆测试原理及应用.doc

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1、非接触晶圆测试原理及应用张林海张俊赖海波无锡华润华晶微电子有限公司五分厂摘要：本文介绍非接触晶圆测试系统的原理和在半导体生产中的主要应用，包括以表面光电压测试（SPV）为基础的介质层可动电荷测试、C-V测试和I-V测试，体硅表面掺杂以及扩散长度、载流子寿命等应用。关键词：非接触、电荷、SPVAbstract：Thispaperintroducingnon-contactelectricalmeasurementsystemproduceamediumapplicationinthesemi-conductor,mainlyincludethetestprinciple,Su

2、rfacephotovoltage，Mobilecharge,C-VandI-V,atthesametimestillsomeapplicationsaimingatotherequipmentsesandmaterialsinthesemi-conductor.Keyword:non-contactchargeSPV一、引言随着非接触测量技术的快速发展，在晶圆制造厂已经能够有效的控制金属、缺陷衍生以及材料等，尤其是在扩散工艺过程中。多点或整片扫描测试结果的图片已经整合了表面电压、不同接触以及对整片表面连续洒电荷等的应用，完全能够替代昂贵的、缓慢的电学测试设备，已经逐步得到

3、广泛的应用。二、非接触晶圆测试原理图1CPD测量示意图Non-ContactC-Vmeasurement非接触式C-V测量原理与MOSC-V测试相同，但非接触式不需要表面有金属。它通过在表面喷洒电荷来给表面施加偏置电压。表面偏置电压通过原片表面的高速非接触开尔文探头监控。该系统名称叫做SDIFAaST230，可以测量氧化层总电荷、平带电压、界面陷阱电荷、介质层可动电荷[1]。图2MOS电容及电荷分布示意图接触电势差（Contactpotentialdifference）CPD的测量可以由图1所示，在两端加交流电J可测量，由vibratingfork控制，所以根据公式（1）可

4、以得出VCPD。J==VCPD（1）VCPD=(功函数)+VSB（空间电荷区电势差）+VD（介质层电势差）（2）Φms是常数，那么当CPD发生变化时有公式（3）：ΔVCPD=ΔVOX+ΔVSB（3）当用光照射圆片表面时ΔVOX=0，所以根据图2所示，可以得到：ΔVSB=ΔVill(光照)-ΔVdark（无光照）（4）当光照很强的时候，有VSB≈0，即处于平带，代入公式（3）（4）有：ΔVOX=ΔVill（5）得出ΔVOX+ΔVSB值之后，ΔQC是可测量的，根据下面公式就可以计算出ΔQSC、Dit和COX。（6）COX=（7）QSC=（8）=（9）（10）其中，徳拜长度LD=

5、，。以下所有SPV的可动电荷、C-V和I-V等应用，都是根据以上测量手段及计算公式为依据[2]。一、非接触晶圆测试应用1、SPV（表面光电压）经过工艺加工的硅片进行SPV测试时，不需要做任何特殊的准备，通过使用者对测量所定义好的序列，可以自动的获得一系列的参数，要较传统的C-V测试明显获得更多的数据（如：可动电荷、固定电荷、缺陷态密度、表面掺杂以及载流子寿命）。在这种情况下，这些数据都会被上传到一个图表制成系统进行编辑。这种程度的数据从来没有这么快速的得到过，随着氧化层生长完成，在列表内的所有参数可以在3小时内测得。电介体各项性质，如VFB和Vit能自动的获得，不需要制定相

6、应的样品等。扩散炉需要控制的一些参数，如扩散长度、铁离子分布、表面或者其他复合中心分布，可动电荷密度，以及包括830到大于6000个测量点形成的整个晶圆扫描图像在内的各项测试，每项10到30分钟即可做完SPV测试。表1SPV测试获得的各项参数ParametersandmapsTermAveragemeasurementVCPDＣontact－potential-difference　voltage0.421VVOXOxidevoltage﹣0.104VVSBSurfacebarriervoltage0.526VQSCChargeinsurfacespace-chargere

7、gion13.87×1010q/cm2DitInterfacetrapdensity1.388×1010/cm2eVNitNumberofinterfacetraps0×1010/cm2VFBFlatbandvoltage﹣0.459VVMIDMid-bandvoltage0.029VCOXOxidecapacitance173.2nFTOXOxidethickness199.5AQEFFEffectivecharge49.65×1010q/cm2SDNear-surfacedoping2.892×1015/cm3