半導(dǎo)體測(cè)試薄層厚度測(cè)量

半導(dǎo)體測(cè)試薄層厚度測(cè)量第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四多數(shù)半導(dǎo)體器件和集成電路的主體結(jié)構(gòu)，由各種形狀和尺寸的薄層構(gòu)成。這些薄層主要有:

二氧化硅SiO2

氮化硅SiNx

摻雜擴(kuò)散層/離子注入層

Si外延層金屬膜(Al、Cu等）/多晶硅膜這些薄層很薄，一般在μm范圍內(nèi)。一、引言第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四二氧化硅SiO2、氮化硅SiNx的用途

具有絕緣、抗腐蝕性強(qiáng)、易于制備等特點(diǎn)，常在半導(dǎo)體器件制造中用作摻雜阻擋層、表面絕緣層、表面鈍化層、絕緣介質(zhì)等，是硅器件制造中最為廣泛應(yīng)用的一種膜層。第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四一些晶體管的平面制作工藝。雙極晶體管MOS晶體管第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四二、薄膜厚度測(cè)量的主要方法第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四（一）比色法圖4.1白光薄膜上下表面的兩束反射光產(chǎn)生干涉第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四圖4.2顏色與厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系當(dāng)鍍膜變得越來越厚時(shí)，晶圓的顏色就會(huì)按照一個(gè)特定順序變化，并且不斷重復(fù)。我們把每一個(gè)顏色的重復(fù)稱為一個(gè)順序(0rder)。

紅紫橙黃綠藍(lán)靛760nm380nm第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四（二）干涉條紋法圖4.3白光入射下的干涉條紋1、在白光下觀察彩色條紋

測(cè)量方法：根據(jù)彩色條紋的顏色變化規(guī)律，查表求得薄膜厚度第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四2、單色光測(cè)量黑白相間條紋干涉顯微鏡第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四第1個(gè)明條紋對(duì)應(yīng)的厚度：t1=λ0/2n(n是薄膜折射率）第2個(gè)明條紋對(duì)應(yīng)的厚度：t2=2λ0/2n……第N個(gè)明條紋對(duì)應(yīng)的厚度：tN=Nλ0/2n（薄膜總厚度）第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四2、膜厚儀

基于干涉原理，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)膜厚測(cè)試。第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四

膜厚測(cè)量?jī)x主要包括：寬帶光源、高性能線陣CCD光譜儀、傳輸光纖、樣品測(cè)試臺(tái)及測(cè)量分析軟件。第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四（三）橢偏儀測(cè)量法1、方法簡(jiǎn)介

它應(yīng)用極化光測(cè)量高吸收襯底上的介電薄膜，如硅襯底上的二氧化硅層；能同時(shí)準(zhǔn)確確定出薄層材料的折射率和厚度，測(cè)量精度比干涉法高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，是目前已有的厚度測(cè)量方法中最精確的方法之一。

第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四2、非極化光與極化光

光是一種電磁波，電磁波是橫波，振動(dòng)方向和光波前進(jìn)方向垂直。通常，光源發(fā)出的光波，其光波矢量的振動(dòng)在垂直于光的傳播方向上作無規(guī)則取向，即光矢量具有軸對(duì)稱性、均勻分布、各方向振動(dòng)的振幅相同，這種光就稱為非極化光或者自然光。非極化光/自然光第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四偏振光的應(yīng)用

1、汽車車燈

2、觀看立體電影

3、生物的生理機(jī)能

蜜蜂4、LCD液晶屏

第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四利用相位補(bǔ)償方法可以測(cè)出（4.4）（4.5）

在光線通過鍍膜的通路中，光束平面的角度已經(jīng)發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。而光束所在平面旋轉(zhuǎn)的角度大小取決于膜厚和晶圓表面的折射系數(shù)。第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四圖4.13、圖4.141/4波片：將線偏振光變換成橢圓偏振光起偏器的作用：在一定的起偏角下，橢圓偏振光經(jīng)過樣品后能夠變成線偏振光。檢偏器的作用：將樣品出射的線偏振光進(jìn)行消光，從反方向上對(duì)消線偏振光的能量，使得最終出射光為零。第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四4、橢偏儀的測(cè)量過程與方法第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四探測(cè)器透鏡檢偏器樣品?波片起偏器激光器角度編碼器探角度編碼器探旋轉(zhuǎn)底座樣品臺(tái)第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四全波長(zhǎng)橢偏儀

波長(zhǎng)范圍：350~850nm應(yīng)用

太陽能電池:減反膜工藝

TFT-LCD:SiOx,SiNx,a-Si:H,N+a-Si,Al2O3SiO2Si3N4第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四二、外延層厚度、擴(kuò)散層和離子注入層深度的測(cè)量第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四（一）磨角染色法

第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四

對(duì)于Si外延層/摻雜層的厚度測(cè)量，紅外線（2.5～50μm)不僅能透過外延層，而且能在雜質(zhì)濃度突變的外延層-襯底界面上發(fā)生反射。這一反射與空氣-外延層界面反射的紅外線之間存在著光程差和相位變化，因而形成干涉。圖4.7紅外光通過薄層時(shí)的反射和折射θ’（二）紅外光反射法連續(xù)改變紅外光的波長(zhǎng)可測(cè)出周期變化的反射光的干涉強(qiáng)度。第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四（三）擴(kuò)展電阻分布測(cè)量法過渡區(qū)外延層襯底外延層厚度第28頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四三、導(dǎo)電薄膜厚度測(cè)量第29頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四2、階梯腐蝕＋臺(tái)階測(cè)量

Al可以首先采用特定的腐蝕劑（如光刻膠）將金屬薄膜的一個(gè)區(qū)域腐蝕掉，得到臺(tái)階。那么利用光學(xué)顯微鏡的深度測(cè)量（景深）或臺(tái)階儀就可以測(cè)得