第七章 测量学和缺陷检查

1、第七章测量学和缺陷检查集成电路工艺第七章 测量学和缺陷检查第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺2本章提要 7.1 质量测量 7.2 分析设备第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺37.1 质量测量 7.1.1 膜厚 7.1.2 膜应力 7.1.3 折射率 7.1.4 掺杂浓度 7.1.5 无图形的表面缺陷 7.1.6 有图形的表面缺陷 7.1.7 关键尺寸 7.1.8 台阶覆盖 7.1.9 套准精度 7.1.10 电容电压（CV）测试 7.1.11 接触角度第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺47.1.1 膜厚 薄层电阻率s=Rs*t 测方块电阻第

2、七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺5椭偏仪 椭偏仪是非破坏、非接触的光学薄膜厚度测试技术，主要用于测透明薄膜 椭偏仪的基本原理是用线性的偏振激光源，当光在样本中发生发射时，变成椭圆的偏振。偏振光由通过一个平面的所有光线组成。椭偏仪测量反射得到的椭圆形，并根据已知的输入值精确地确定薄膜的厚度。 椭偏仪能测量几十埃级厚度的不同类型的薄膜。 薄的金属层(50nm)被看做是半透明膜，可测量。第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺67.1.2 膜应力 薄膜上可能引入强的局部应力 膜应力会造成衬底形变，并产生可靠性问题 分析由于薄膜淀积造成的衬底曲率半径变化来进行应力测量。第

3、七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺77.1.3 折射率 折射是透明物质的特性，它表明光通过透明物质的弯曲程度 折射率的改变表明薄层中有沾污，并造成厚度测量不正确 对于薄层的折射率可以通过干涉和椭圆偏振技术来测量第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺87.1.4 掺杂浓度 杂质原子的分布情况直接影响到半导体器件的性能 在线测量方法：四探针法（高掺杂浓度）；热波系统（低掺杂浓度） 线外测量方法：二次离子质谱仪（SIMS）；电容电压（CV）特性测试第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺97.1.5 无图形的表面缺陷 无图形的硅片是裸硅片或有一些空白薄膜的硅

4、片 对硅片表面的缺陷检测分为两种类型：暗场和亮场的光学探测。亮场探测是用显微镜传统光源，它直接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。 光学显微镜：检查颗粒和划伤，放大千倍左右 光散射缺陷探测第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺107.1.6 有图形的表面缺陷 用光散射技术可以检查有图形硅片上的主要缺陷。光学显微镜通常用于有图形硅片上的表面缺陷检测。 使用光散射技术在有图形的硅片上进行检测与无图形的硅片类似。但，光散射过程必须修改以便测量设备能够区分出是颗粒散射光还是图形边缘散射光。第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺117.

5、1.7 关键尺寸 关键尺寸测量的一个重要原因是要达到对产品所有线宽的准确控制。 扫描电子显微镜（SEM），放大10万30万倍，图形分辩率是45nm。 专门用于关键尺寸测量的扫描电子显微镜称为关键尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM)第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺12SEM第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺13SEM第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺14FE-SEM第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺157.1.8 台阶覆盖 良好的台阶覆盖要求有厚度均匀的材料覆盖于台阶的全部区域，包括测墙和拐角。 表面形貌仪（台阶仪） 金刚石

6、针尖半径0.1微米，加力低至0.05mg。第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺167.1.9 套准精度 套准精度是测量光刻机和光刻胶图形与硅片前面刻蚀图形的套刻的能力。 随着特征尺寸的缩小，套刻标记的容差减少，掩膜版上的图形标记与硅片上的对准成为挑战。 在光刻中，使用自动套刻测量仪，将转移到光刻胶上的掩膜版专用套刻图形与刻蚀在硅片表面的套刻标记进行比较。 测量套准精度的主要方法是相干探测显微镜（CPM）第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺177.1.10 电容电压（CV）测试 MOS器件的可靠性高度依赖于栅结构中高质量的氧化薄层。栅氧化区域的沾污可能导致正常的阈

7、值电压的漂移，导致器件失效。 可动离子沾污（MIC）和其他不希望的电荷状况可以在氧化工艺步骤后用电容-电压测试进行检测。第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺187.1.11 接触角度 接触角度仪用于测量液体与硅片表面的黏附性，并计算表面能或黏附性力。 表征了硅片表面的参数，如疏水性、清洁度、光洁度和黏附性。第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺197.2 分析设备 二次离子质谱仪（SIMS） 飞行时间二次离子质谱仪（TOFSIMS） 原子力显微镜（AFM） 俄歇电子能谱仪（AES） X射线光电能谱仪（XPS） 透射电子显微镜（TEM） 能量和波长弥散谱仪（EDX和

8、WDX） 聚集离子束（FIB）第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺20原子力显微镜（AFM）第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺21AFM第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺22AFM第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺23聚集离子束（FIB）聚焦离子束（FIB, Focused Ion Beam）系统大体上可以分为三个主要部分：离子源、离子束聚焦/扫描系统（包括离子分离部分）和样品台。 FIB基本工作原理,在离子柱顶端的液态离子源上加强电场来抽取出带正电荷的离子,通过同样位于柱中的静电透镜、一套可控的四极偏转装置和八极偏转等装置,将离子束聚焦,并在样品上扫描,离子束轰击样品,产生的二次电子和二次离子被收集并成像。 第七章测量学和缺陷检查2022-3-20集成电路工艺24聚焦离子束系统的应用 微区溅射和增强刻蚀 薄膜淀积 高分辨率扫描离子显微成像（SIM） 半导体器件离子注入 第七章测量学和缺陷检查