半導(dǎo)體制造技術(shù)-測量學(xué)和缺陷檢查解讀課件

Mar15,2005SemiconductorManufacturingTechnology

Chapter7–Measurement&DefectDetectionVivianTangMar15,2005SemiconductorManu1目標(biāo)為何進(jìn)行集成電路測量,并討論與測量有關(guān)的問題。認(rèn)識(shí)集成電路制作中的各種質(zhì)量量測。描述不同質(zhì)量測量相關(guān)的測技學(xué)方法和設(shè)備。列出幾種適合集成電路測量的分析儀器。1目標(biāo)為何進(jìn)行集成電路測量,并討論與測量有關(guān)的問題。2集成電路測量學(xué)2.1集成電路量測的重要工具--------控片普通控片圖案化控片控片用于制造過程測量相關(guān)重要特性以確保標(biāo)準(zhǔn)之品質(zhì)，因此集成電路量測具其重要性，特別是借控片（MonitorWafer)可以了解制程參數(shù)的變化，以對(duì)工藝進(jìn)行監(jiān)控。2集成電路測量學(xué)2.1集成電路量測的重要工具----2集成電路測量學(xué)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）良率是一個(gè)芯片廠生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的重要標(biāo)志2.3測量設(shè)備分類2集成電路測量學(xué)良率（%）=（可正常工作之晶?！轮谱髦?集成電路測量學(xué)2.4質(zhì)量測量規(guī)范2集成電路測量學(xué)2.4質(zhì)量測量規(guī)范2集成電路測量學(xué)2.5質(zhì)量測量高良率制程以制造可靠度元件之首要條件即為品質(zhì)良好之薄膜.薄膜品質(zhì)量測還包括表面粗糙度、反射率、密度、針孔與孔洞缺少的量測。經(jīng)常用四針探法的方塊電阻（不透明的膜），橢偏儀（透明膜）和反射光譜來測膜的厚度。X射線和光聲學(xué)是很少使用的方法。2.5.1膜厚度(Thickness)RudolphThicknessEQ反射光譜2集成電路測量學(xué)2.5質(zhì)量測量高良率制程以制造可靠度2集成電路測量學(xué)2.5.2膜應(yīng)力(Stress)高度區(qū)域性之薄膜應(yīng)力(filmstress)出現(xiàn)于晶圓表面之薄膜上，造成晶圓變形或是可靠度之問題。應(yīng)力可借由測量晶圓半徑曲率之改變而得。通過測硅片的曲率可以確定硅片上的膜的壓力。四點(diǎn)探針法(Four-pointprobe)

四點(diǎn)探針技術(shù)可避免接觸電阻的影響。t

(薄膜厚度)=ρ(薄膜電阻率)

/Rs(方塊電阻)

ρs=V/I×2πs(Ω/cm)

ρs:方塊電阻的電阻率；

V:通過探針的直流電壓；

I:通過探針的直流定流；

s:探針之間距離；Rs=ρ/t=4.53*V/I

（當(dāng)薄膜夠大而探針間距夠小）四點(diǎn)探針2集成電路測量學(xué)2.5.2膜應(yīng)力(Stress)高度2集成電路測量學(xué)2.5.4摻雜濃度晶圓之摻質(zhì)濃度約在1010atoms/cm2至1018atoms/cm2。四點(diǎn)探針法是最常用之同步測量技術(shù)，熱波系統(tǒng)適于較小慘質(zhì)劑量之測量。另外還有二次離子質(zhì)譜儀（Second-ionmassspectrometry,SIMS)；擴(kuò)展電阻探針（SRP）；電容-電壓測試法。2.5.3折射率(Refractiveindex)根據(jù)折射率之改變，可判斷薄膜內(nèi)之污染情況，另一方面不均勻之折射率將導(dǎo)致不正確的薄膜厚度測量。薄膜之折射率可經(jīng)由干涉儀與橢圓偏光儀之量測而得。一般用橢偏儀來測透明物質(zhì)的折射率。2集成電路測量學(xué)2.5.4摻雜濃度晶圓之摻質(zhì)濃度約在2集成電路測量學(xué)2.5.6圖案化表面缺陷（Patterneddefects）一般使用光學(xué)顯微鏡偵測圖案化表面之缺陷,主要利用光散射技術(shù)或數(shù)位對(duì)比技術(shù)。2.5.5未圖案化表面之缺陷（Unpatterneddefects)晶圓表面缺陷分析可分為兩類：暗場和亮場的光學(xué)偵測。亮場探測是用光學(xué)顯微鏡傳統(tǒng)光源，它是借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。2集成電路測量學(xué)2.5.6圖案化表面缺陷（Patte2集成電路測量學(xué)2.5.7臨界尺寸(CriticalDimension,CD)閘極之寬度決定通道的長度。CD的變化量通常用來描述半導(dǎo)體之關(guān)鍵步驟的不穩(wěn)定度。用掃描電子顯微鏡(SEM)做關(guān)鍵尺寸的測量。2.5.8階梯覆蓋(Stepcoverage)具有尖針的高解析度、非破壞性之表面輪廓儀（surfaceprofiler)能夠測量表面階梯覆蓋與其它特征。2集成電路測量學(xué)2.5.7臨界尺寸(Critical2.5.9電容-電壓測試（C-Vtest)MOS電晶體元件之可靠度直接受到閘極結(jié)構(gòu)之氧化層控制，高品質(zhì)的氧化層是獲得高可靠度元件之基本條件之一。2集成電路測量學(xué)2.5.10接觸角度(contact–anglemeter)主要測量晶圓表面液體之吸附與計(jì)算表面能量及吸附張力等接觸角度滴狀液體基板2.5.9電容-電壓測試（C-Vtest)MOS電晶體階梯覆蓋

順形階梯覆蓋非順形階梯覆蓋孔洞2集成電路測量學(xué)階梯覆蓋順形階梯覆蓋非順形階梯覆蓋孔洞2集成電路測量學(xué)K-TF5xK-TSP1VeecoAFMK-TRS100RudolphMatrix300RudolphMetaPULSEAMATExciteAMATSEMVisionK-TViperBIO-RADFTIRPhilipXRFBoxerCrossBX-10K-TQuantoxThicknessDefectDepthOther2集成電路測量學(xué)K-TF5xK-TSP1VeecoAFMK-TRS半導(dǎo)體制造技術(shù)--測量學(xué)和缺陷檢查解讀課件二次離子質(zhì)譜儀SIMSSecondary-ionmassspectrometry

-----破壞性測試，用加速離子轟擊硅片表面并撞出二次離子以檢測其種類和濃度。飛行式二次離子質(zhì)譜儀TOF-SIMS（TimeofFlight-SIMS)

----適用于超薄材料，非破壞性測試。原子力顯微鏡AFM(atomicforcemicroscopic)

-----平衡式探針掃描晶圓表面，測量速度過慢，不適合在線測量。Auger電子光譜儀AES(Augerelectronspectroscopy)

-----根據(jù)Auger電子能量判斷樣本材料的特性X射線電子光光譜儀XPS（X-rayphotoelectronspectroscopy,XPS)

-----主要用于分析樣本表面之化學(xué)形式，與AES相等。穿透式電子顯微鏡TEM(transmissionelectronmicroscopy)

------與SEM相似，可穿透非常薄的試片（10~100nm）能量與波長分散光譜儀(EDX,WDX)

------為識(shí)別元素使用的X射線探測方法，是對(duì)SEM的補(bǔ)充。聚焦離子束FIB(focusionbeam)

------破壞性的測試，橫切面監(jiān)測能力強(qiáng)。2.5.9分析儀器二次離子質(zhì)譜儀SIMSSecondary-ionmass半導(dǎo)體制造技術(shù)--測量學(xué)和缺陷檢查解讀課件半導(dǎo)體制造技術(shù)--測量學(xué)和缺陷檢查解讀課件半導(dǎo)體制造技術(shù)--測量學(xué)和缺陷檢查解讀課件半導(dǎo)體制造技術(shù)--測量學(xué)和缺陷檢查解讀課件半導(dǎo)體制造技術(shù)--測量學(xué)和缺陷檢查解讀課件半導(dǎo)體制造技術(shù)--測量學(xué)和缺陷檢查解讀課件半導(dǎo)體制造技術(shù)--測量學(xué)和缺陷檢查解讀課件Thankyou謝謝Q&A請(qǐng)您提問Thankyou謝謝Q&A請(qǐng)您提問Mar15,2005SemiconductorManufacturingTechnology

Chapter7–Measurement&DefectDetectionVivianTangMar15,2005SemiconductorManu1目標(biāo)為何進(jìn)行集成電路測量,并討論與測量有關(guān)的問題。認(rèn)識(shí)集成電路制作中的各種質(zhì)量量測。描述不同質(zhì)量測量相關(guān)的測技學(xué)方法和設(shè)備。列出幾種適合集成電路測量的分析儀器。1目標(biāo)為何進(jìn)行集成電路測量,并討論與測量有關(guān)的問題。2集成電路測量學(xué)2.1集成電路量測的重要工具--------控片普通控片圖案化控片控片用于制造過程測量相關(guān)重要特性以確保標(biāo)準(zhǔn)之品質(zhì)，因此集成電路量測具其重要性，特別是借控片（MonitorWafer)可以了解制程參數(shù)的變化，以對(duì)工藝進(jìn)行監(jiān)控。2集成電路測量學(xué)2.1集成電路量測的重要工具----2集成電路測量學(xué)良率（%）=（可正常工作之晶?！轮谱髦烤Я＃?00%2.2成品率---良率（Yield）良率是一個(gè)芯片廠生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的重要標(biāo)志2.3測量設(shè)備分類2集成電路測量學(xué)良率（%）=（可正常工作之晶?！轮谱髦?集成電路測量學(xué)2.4質(zhì)量測量規(guī)范2集成電路測量學(xué)2.4質(zhì)量測量規(guī)范2集成電路測量學(xué)2.5質(zhì)量測量高良率制程以制造可靠度元件之首要條件即為品質(zhì)良好之薄膜.薄膜品質(zhì)量測還包括表面粗糙度、反射率、密度、針孔與孔洞缺少的量測。經(jīng)常用四針探法的方塊電阻（不透明的膜），橢偏儀（透明膜）和反射光譜來測膜的厚度。X射線和光聲學(xué)是很少使用的方法。2.5.1膜厚度(Thickness)RudolphThicknessEQ反射光譜2集成電路測量學(xué)2.5質(zhì)量測量高良率制程以制造可靠度2集成電路測量學(xué)2.5.2膜應(yīng)力(Stress)高度區(qū)域性之薄膜應(yīng)力(filmstress)出現(xiàn)于晶圓表面之薄膜上，造成晶圓變形或是可靠度之問題。應(yīng)力可借由測量晶圓半徑曲率之改變而得。通過測硅片的曲率可以確定硅片上的膜的壓力。四點(diǎn)探針法(Four-pointprobe)

四點(diǎn)探針技術(shù)可避免接觸電阻的影響。t

(薄膜厚度)=ρ(薄膜電阻率)

/Rs(方塊電阻)

ρs=V/I×2πs(Ω/cm)

ρs:方塊電阻的電阻率；

V:通過探針的直流電壓；

I:通過探針的直流定流；

s:探針之間距離；Rs=ρ/t=4.53*V/I

（當(dāng)薄膜夠大而探針間距夠小）四點(diǎn)探針2集成電路測量學(xué)2.5.2膜應(yīng)力(Stress)高度2集成電路測量學(xué)2.5.4摻雜濃度晶圓之摻質(zhì)濃度約在1010atoms/cm2至1018atoms/cm2。四點(diǎn)探針法是最常用之同步測量技術(shù)，熱波系統(tǒng)適于較小慘質(zhì)劑量之測量。另外還有二次離子質(zhì)譜儀（Second-ionmassspectrometry,SIMS)；擴(kuò)展電阻探針（SRP）；電容-電壓測試法。2.5.3折射率(Refractiveindex)根據(jù)折射率之改變，可判斷薄膜內(nèi)之污染情況，另一方面不均勻之折射率將導(dǎo)致不正確的薄膜厚度測量。薄膜之折射率可經(jīng)由干涉儀與橢圓偏光儀之量測而得。一般用橢偏儀來測透明物質(zhì)的折射率。2集成電路測量學(xué)2.5.4摻雜濃度晶圓之摻質(zhì)濃度約在2集成電路測量學(xué)2.5.6圖案化表面缺陷（Patterneddefects）一般使用光學(xué)顯微鏡偵測圖案化表面之缺陷,主要利用光散射技術(shù)或數(shù)位對(duì)比技術(shù)。2.5.5未圖案化表面之缺陷（Unpatterneddefects)晶圓表面缺陷分析可分為兩類：暗場和亮場的光學(xué)偵測。亮場探測是用光學(xué)顯微鏡傳統(tǒng)光源，它是借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。2集成電路測量學(xué)2.5.6圖案化表面缺陷（Patte2集成電路測量學(xué)2.5.7臨界尺寸(CriticalDimension,CD)閘極之寬度決定通道的長度。CD的變化量通常用來描述半導(dǎo)體之關(guān)鍵步驟的不穩(wěn)定度。用掃描電子顯微鏡(SEM)做關(guān)鍵尺寸的測量。2.5.8階梯覆蓋(Stepcoverage)具有尖針的高解析度、非破壞性之表面輪廓儀（surfaceprofiler)能夠測量表面階梯覆蓋與其它特征。2集成電路測量學(xué)2.5.7臨界尺寸(Critical2.5.9電容-電壓測試（C-Vtest)MOS電晶體元件之可靠度直接受到閘極結(jié)構(gòu)之氧化層控制，高品質(zhì)的氧化層是獲得高可靠度元件之基本條件之一。2集成電路測量學(xué)2.5.10接觸角度(contact–anglemeter)主要測量晶圓表面液體之吸附與計(jì)算表面能量及吸附張力等接觸角度滴狀液體基板2.5.9電容-電壓測試（C-Vtest)MOS電晶體階梯覆蓋

順形階梯覆蓋非順形階梯覆蓋孔洞2集成電路測量學(xué)階梯覆蓋順形階梯覆蓋非順形階梯覆蓋孔洞2集成電路測量學(xué)K-TF5xK-TSP1VeecoAFMK-TRS100RudolphMatrix300RudolphMetaPULSEAMATExciteAMATSEMVisionK-TViperBIO-RADFTIRPhilipXRFBoxerCrossBX-10K-TQuantoxThicknessDefectDepthOther2集成電路測量學(xué)K-TF5xK-TSP1VeecoAFMK-TRS半導(dǎo)體制造技術(shù)--測量學(xué)和缺陷檢查解讀課件二次離子質(zhì)譜儀SIMSSecondary-ionmassspectrometry

-----破壞性測試，用加速離子轟擊硅片表面并撞出二次離子以檢測其種類和濃度。飛行式二次離子質(zhì)譜儀TOF-SIMS（TimeofFlight-SIMS)

----適用于超薄材料，非破壞性測試。原子力顯微鏡AFM(atomicforcemicroscopic)

-----平衡式探針掃描