第七章 測量學(xué)和缺陷檢查

1、第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝1集成電路工藝第七章 測量學(xué)和缺陷檢查第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝2本章提要 7.1 質(zhì)量測量 7.2 分析設(shè)備第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝37.1 質(zhì)量測量 7.1.1 膜厚 7.1.2 膜應(yīng)力 7.1.3 折射率 7.1.4 摻雜濃度 7.1.5 無圖形的表面缺陷 7.1.6 有圖形的表面缺陷 7.1.7 關(guān)鍵尺寸 7.1.8 臺階覆蓋 7.1.9 套準(zhǔn)精度 7.1.10 電容電壓（CV）測試 7.1.11 接觸角度第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝47.1.1 膜厚 薄層

2、電阻率s=Rs*t 測方塊電阻第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝5橢偏儀 橢偏儀是非破壞、非接觸的光學(xué)薄膜厚度測試技術(shù)，主要用于測透明薄膜 橢偏儀的基本原理是用線性的偏振激光源，當(dāng)光在樣本中發(fā)生發(fā)射時，變成橢圓的偏振。偏振光由通過一個平面的所有光線組成。橢偏儀測量反射得到的橢圓形，并根據(jù)已知的輸入值精確地確定薄膜的厚度。 橢偏儀能測量幾十埃級厚度的不同類型的薄膜。 薄的金屬層(50nm)被看做是半透明膜，可測量。第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝67.1.2 膜應(yīng)力 薄膜上可能引入強的局部應(yīng)力 膜應(yīng)力會造成襯底形變，并產(chǎn)生可靠性問題 分析由于薄膜淀積造成的襯

3、底曲率半徑變化來進行應(yīng)力測量。第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝77.1.3 折射率 折射是透明物質(zhì)的特性，它表明光通過透明物質(zhì)的彎曲程度 折射率的改變表明薄層中有沾污，并造成厚度測量不正確 對于薄層的折射率可以通過干涉和橢圓偏振技術(shù)來測量第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝87.1.4 摻雜濃度 雜質(zhì)原子的分布情況直接影響到半導(dǎo)體器件的性能 在線測量方法：四探針法（高摻雜濃度）；熱波系統(tǒng)（低摻雜濃度） 線外測量方法：二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）；電容電壓（CV）特性測試第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝97.1.5 無圖形的表面缺陷 無圖形的

4、硅片是裸硅片或有一些空白薄膜的硅片 對硅片表面的缺陷檢測分為兩種類型：暗場和亮場的光學(xué)探測。亮場探測是用顯微鏡傳統(tǒng)光源，它直接用反射的可見光測量硅片表面的缺陷。暗場探測檢查位于硅片表面的缺陷散射出的光。 光學(xué)顯微鏡：檢查顆粒和劃傷，放大千倍左右 光散射缺陷探測第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝107.1.6 有圖形的表面缺陷 用光散射技術(shù)可以檢查有圖形硅片上的主要缺陷。光學(xué)顯微鏡通常用于有圖形硅片上的表面缺陷檢測。 使用光散射技術(shù)在有圖形的硅片上進行檢測與無圖形的硅片類似。但，光散射過程必須修改以便測量設(shè)備能夠區(qū)分出是顆粒散射光還是圖形邊緣散射光。第七章測量學(xué)和缺陷檢查202

5、2-4-12集成電路工藝117.1.7 關(guān)鍵尺寸 關(guān)鍵尺寸測量的一個重要原因是要達到對產(chǎn)品所有線寬的準(zhǔn)確控制。 掃描電子顯微鏡（SEM），放大10萬30萬倍，圖形分辯率是45nm。 專門用于關(guān)鍵尺寸測量的掃描電子顯微鏡稱為關(guān)鍵尺寸掃描電子顯微鏡(CD-SEM)第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝12SEM第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝13SEM第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝14FE-SEM第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝157.1.8 臺階覆蓋 良好的臺階覆蓋要求有厚度均勻的材料覆蓋于臺階的全部區(qū)域，包括測墻和拐角

6、。 表面形貌儀（臺階儀） 金剛石針尖半徑0.1微米，加力低至0.05mg。第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝167.1.9 套準(zhǔn)精度 套準(zhǔn)精度是測量光刻機和光刻膠圖形與硅片前面刻蝕圖形的套刻的能力。 隨著特征尺寸的縮小，套刻標(biāo)記的容差減少，掩膜版上的圖形標(biāo)記與硅片上的對準(zhǔn)成為挑戰(zhàn)。 在光刻中，使用自動套刻測量儀，將轉(zhuǎn)移到光刻膠上的掩膜版專用套刻圖形與刻蝕在硅片表面的套刻標(biāo)記進行比較。 測量套準(zhǔn)精度的主要方法是相干探測顯微鏡（CPM）第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝177.1.10 電容電壓（CV）測試 MOS器件的可靠性高度依賴于柵結(jié)構(gòu)中高質(zhì)量的氧化薄層。

7、柵氧化區(qū)域的沾污可能導(dǎo)致正常的閾值電壓的漂移，導(dǎo)致器件失效。 可動離子沾污（MIC）和其他不希望的電荷狀況可以在氧化工藝步驟后用電容-電壓測試進行檢測。第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝187.1.11 接觸角度 接觸角度儀用于測量液體與硅片表面的黏附性，并計算表面能或黏附性力。 表征了硅片表面的參數(shù)，如疏水性、清潔度、光潔度和黏附性。第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝197.2 分析設(shè)備 二次離子質(zhì)譜儀（SIMS） 飛行時間二次離子質(zhì)譜儀（TOFSIMS） 原子力顯微鏡（AFM） 俄歇電子能譜儀（AES） X射線光電能譜儀（XPS） 透射電子顯微鏡（TEM

8、） 能量和波長彌散譜儀（EDX和WDX） 聚集離子束（FIB）第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝20原子力顯微鏡（AFM）第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝21AFM第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝22AFM第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝23聚集離子束（FIB）聚焦離子束（FIB, Focused Ion Beam）系統(tǒng)大體上可以分為三個主要部分：離子源、離子束聚焦/掃描系統(tǒng)（包括離子分離部分）和樣品臺。 FIB基本工作原理,在離子柱頂端的液態(tài)離子源上加強電場來抽取出帶正電荷的離子,通過同樣位于柱中的靜電透鏡、一套可控的四極偏轉(zhuǎn)裝置和八極偏轉(zhuǎn)等裝置,將離子束聚焦,并在樣品上掃描,離子束轟擊樣品,產(chǎn)生的二次電子和二次離子被收集并成像。 第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝24聚焦離子束系統(tǒng)的應(yīng)用 微區(qū)濺射和增強刻蝕 薄膜淀積 高分辨率掃描離子顯微成像（SIM） 半導(dǎo)體器件離子注入 第七章測量學(xué)和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝