第七章 測量學和缺陷檢查

1、第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝1集成電路工藝第七章 測量學和缺陷檢查第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝2本章提要 7.1 質量測量 7.2 分析設備第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝37.1 質量測量 7.1.1 膜厚 7.1.2 膜應力 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 關鍵尺寸 7.1.8 臺階覆蓋 7.1.9 套準精度 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、非接觸的光學薄膜厚度測試技術，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。第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝67.1.2 膜應力 薄膜上可能引入強的局部應力 膜應力會造成襯底形變，并產生可靠性問題 分析由于薄膜淀積造成的襯

3、底曲率半徑變化來進行應力測量。第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝77.1.3 折射率 折射是透明物質的特性，它表明光通過透明物質的彎曲程度 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來測量第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝87.1.4 摻雜濃度 雜質原子的分布情況直接影響到半導體器件的性能 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：二次離子質譜儀（SIMS）；電容電壓（CV）特性測試第七章測量學和缺陷檢查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 用光散射技術可以檢查有圖形硅片上的主要缺陷。光學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。第七章測量學和缺陷檢查202

5、2-4-12集成電路工藝117.1.7 關鍵尺寸 關鍵尺寸測量的一個重要原因是要達到對產品所有線寬的準確控制。 掃描電子顯微鏡（SEM），放大10萬30萬倍，圖形分辯率是45nm。 專門用于關鍵尺寸測量的掃描電子顯微鏡稱為關鍵尺寸掃描電子顯微鏡(CD-SEM)第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝12SEM第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝13SEM第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝14FE-SEM第七章測量學和缺陷檢查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。第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝167.1.9 套準精度 套準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，套刻標記的容差減少，掩膜版上的圖形標記與硅片上的對準成為挑戰(zhàn)。 在光刻中，使用自動套刻測量儀，將轉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記進行比較。 測量套準精度的主要方法是相干探測顯微鏡（CPM）第七章測量學和缺陷檢查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構中高質量的氧化薄層。

7、柵氧化區(qū)域的沾污可能導致正常的閾值電壓的漂移，導致器件失效。 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，如疏水性、清潔度、光潔度和黏附性。第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝197.2 分析設備 二次離子質譜儀（SIMS） 飛行時間二次離子質譜儀（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）第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝21AFM第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝22AFM第七章測量學和缺陷檢查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裝置和八極偏轉等裝置,將離子束聚焦,并在樣品上掃描,離子束轟擊樣品,產生的二次電子和二次離子被收集并成像。 第七章測量學和缺陷檢查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） 半導體器件離子注入 第七章測量學和缺陷檢查2022-4-12集成電路工藝