半导体制造技术--测量学和缺陷检查课件.ppt

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1、Mar15,2005SemiconductorManufacturingTechnologyChapter7–Measurement&DefectDetectionVivianTang1目标为何进行集成电路测量,并讨论与测量有关的问题。认识集成电路制作中的各种质量量测。描述不同质量测量相关的测技学方法和设备。列出几种适合集成电路测量的分析仪器。2集成电路测量学2.1集成电路量测的重要工具--------控片普通控片图案化控片控片用于制造过程测量相关重要特性以确保标准之品质，因此集成电路量测具其重要性，特别是借控片（MonitorWafer)可以了解制

2、程参数的变化，以对工艺进行监控。2集成电路测量学良率（%）=（可正常工作之晶粒÷制作之全部晶粒）×100%2.2成品率---良率（Yield）良率是一个芯片厂生产高质量产品的重要标志2.3测量设备分类2集成电路测量学2.4质量测量规范2集成电路测量学2.5质量测量高良率制程以制造可靠度元件之首要条件即为品质良好之薄膜.薄膜品质量测还包括表面粗糙度、反射率、密度、针孔与孔洞缺少的量测。经常用四针探法的方块电阻（不透明的膜），椭偏仪（透明膜）和反射光谱来测膜的厚度。X射线和光声学是很少使用的方法。2.5.1膜厚度(Thickness)RudolphThi

3、cknessEQ反射光谱2集成电路测量学2.5.2膜应力(Stress)高度区域性之薄膜应力(filmstress)出现于晶圆表面之薄膜上，造成晶圆变形或是可靠度之问题。应力可借由测量晶圆半径曲率之改变而得。通过测硅片的曲率可以确定硅片上的膜的压力。四点探针法(Four-pointprobe)四点探针技术可避免接触电阻的影响。t(薄膜厚度)=ρ(薄膜电阻率)/Rs(方块电阻)ρs=V/I×2πs(Ω/cm)ρs:方块电阻的电阻率；V:通过探针的直流电压；I:通过探针的直流定流；s:探针之间距离；Rs=ρ/t=4.53*V/I（当薄膜够大而探针间距够小

4、）四点探针2集成电路测量学2.5.4掺杂浓度晶圆之掺质浓度约在1010atoms/cm2至1018atoms/cm2。四点探针法是最常用之同步测量技术，热波系统适于较小惨质剂量之测量。另外还有二次离子质谱仪（Second-ionmassspectrometry,SIMS)；扩展电阻探针（SRP）；电容-电压测试法。2.5.3折射率(Refractiveindex)根据折射率之改变，可判断薄膜内之污染情况，另一方面不均匀之折射率将导致不正确的薄膜厚度测量。薄膜之折射率可经由干涉仪与椭圆偏光仪之量测而得。一般用椭偏仪来测透明物质的折射率。2集成电路测量学

5、2.5.6图案化表面缺陷（Patterneddefects）一般使用光学显微镜侦测图案化表面之缺陷,主要利用光散射技术或数位对比技术。2.5.5未图案化表面之缺陷（Unpatterneddefects)晶圆表面缺陷分析可分为两类：暗场和亮场的光学侦测。亮场探测是用光学显微镜传统光源，它是借用反射的可见光测量硅片表面的缺陷。暗场探测检查位于硅片表面的缺陷散射出的光。2集成电路测量学2.5.7临界尺寸(CriticalDimension,CD)闸极之宽度决定通道的长度。CD的变化量通常用来描述半导体之关键步骤的不稳定度。用扫描电子显微镜(SEM)做关键尺

6、寸的测量。2.5.8阶梯覆盖(Stepcoverage)具有尖针的高解析度、非破坏性之表面轮廓仪（surfaceprofiler)能够测量表面阶梯覆盖与其它特征。2.5.9电容-电压测试（C-Vtest)MOS电晶体元件之可靠度直接受到闸极结构之氧化层控制，高品质的氧化层是获得高可靠度元件之基本条件之一。2集成电路测量学2.5.10接触角度(contact–anglemeter)主要测量晶圆表面液体之吸附与计算表面能量及吸附张力等接触角度滴状液体基板阶梯覆盖顺形阶梯覆盖非顺形阶梯覆盖孔洞2集成电路测量学K-TF5xK-TSP1VeecoAFMK-TR

7、S100RudolphMatrix300RudolphMetaPULSEAMATExciteAMATSEMVisionK-TViperBIO-RADFTIRPhilipXRFBoxerCrossBX-10K-TQuantoxThicknessDefectDepthOther2集成电路测量学二次离子质谱仪SIMSSecondary-ionmassspectrometry-----破坏性测试，用加速离子轰击硅片表面并撞出二次离子以检测其种类和浓度。飞行式二次离子质谱仪TOF-SIMS（TimeofFlight-SIMS)----适用于超薄材料，非破坏性测

8、试。原子力显微镜AFM(atomicforcemicroscopic)-----平衡式探针扫描晶圆表面，测量