测量学与缺陷检查ppt课件.ppt

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1、第7章测量学和缺陷检查7.1集成电路测量学集成电路测量学是测量制造工艺的性能以确保达到质量规范标准的一种必要的方法。为了完成这种测量，需要样片、测量设备和分析数据的方法。传统上，数据是在监控片(又称样片)上收集，样片是空白（或无图形）的硅片，包含在工艺流程中，专门为表征工艺的特性。而使用实际生产硅片模拟更接近在工艺流程中发生的情况，可以提供更好的信息。无图形的表面测试系统PhotographcourtesyofKLA-Tencor监控片与有图形的硅片PatternedwaferMonitorwafer用于性能测量的测量设备有不同的类型，分为与工艺分离的独立测试

2、设备和与工艺设备集成在一起的测量设备。独立的测试设备进行测量学测试时，不依附于工艺，但通常对硅片有破坏性或沾污。集成的测量仪器具有传感器，这些传感器允许测试工具作为工艺的一部分起作用并发送实时数据。成品率定义为产出产品的合格数量与整体数量的百分比。成品率是一个硅片工厂生产高质量管芯能力的重要标志。为了查出不同缺陷怎样影响硅片的成品率，缺陷分析应该能区分出随机因素和非随机因素，并能与电学和其他测试数据相联系。7.2质量测量在整个硅片生产工艺中有许多质量测量。为使产品在工艺的每一步都符合精确的要求，半导体质量测量定义了硅片制造的规范要求，以确保满足器件的性能和可靠

3、性。表5.1展示了每一步工艺后主要的质量测量。表5.1在硅片制造生产区的质量测量一．膜厚由于硅片工艺是成膜工艺，在整个制造工艺中硅片表面有多种类型不同的膜。这些不同类型的膜有金属、绝缘体、光刻胶和多晶硅。它们或是不透明薄膜或是透明薄膜。膜的关键质量参数是它们的厚度。不透明导电膜的厚度可用四探针法来测量。WCu方形的薄层图形ltwCross-sectionalarea=w×tR=r(l)a(ohms)四探针法的原理示意图WaferRVoltmeterConstantcurrentsourceVIrs=VIx2ps(ohms-cm)t：膜厚ρ：膜电阻率RS：方块电

4、阻RS=4.53V/I（Ω/□）常量4.53是在探针间距很小且膜尺寸无限大的假设下的修正系数。四探针电阻仪透明薄膜的厚度一般用椭偏仪来测量。椭偏仪的基本原理是用线性的偏振激光光源，当光在样本中发生反射时，变成椭圆的偏振。椭偏仪测量反射得到的椭圆偏振，并根据已知的输入值（例如反射角）精确的确定薄膜的厚度。椭偏仪测试具有小的测试点、图形识别软件和高精度的硅片定位特色。椭偏仪椭偏仪的基本原理椭偏仪实物照片椭偏仪能够测量几十埃量级厚度的不同类型的薄膜，如可测量栅的厚度小于40埃。可测量的材料包括介质，金属和涂覆的聚合物。最基本的要求是膜层为透明或半透明的。薄的金属层（

5、<500A）被看作是半透膜，可以用椭偏仪测量。例如铜互连工艺中用到的铜种子层。(厚度大于1000A的金属层通常被认为是不透明的，不能用椭偏仪进行测量。)椭偏仪应用：椭偏仪可以被直接集成到工艺设备中，应用于注入刻蚀和平坦化一些领域的原位（实时）测试，可以精确的确定工艺中加工膜厚的终点。反射光谱学反射光谱学是三种基本的光学测试技术之一，另外两种分别是光学椭偏仪和光学显微镜。结构的反射经常用于描述位于不吸收光的硅片衬底上的吸收光的介质层的层厚特性。根据光在薄膜层顶部和底部反射的关系，反射仪能够被用于计算膜厚。X射线测量薄膜厚度X射线束能聚焦在表面上，通过X射线荧光技

6、术（XRF）来测量膜厚度。当X射线射到薄膜时，吸收的辐射激活薄膜中的电子。当受激电子落入低的能态，就发射出X射线光子（荧光），光子的能量代表薄膜原子的特性，通过测量这些X射线光子，就可以确定膜厚。XRF技术主要用于单层薄膜。全反射X光荧光谱仪光声技术光声技术是在测量金属薄膜方面的最新进展，是一种非接触技术。根据入射光的声学节拍，撞击表面及膜下界时，产生反弹的回声。反弹回来的脉冲回声消耗的时间可用来计算薄膜的厚度。光声法膜厚测量DetectionlaserbeamHighoutputEcho2Echo1Changeinsurfacereflectivity(d)

7、Echo1DetectionlaserbeamNominaloutput(c)DetectionlaserbeamNominaloutput(b)HeatSoundwaveOpticaldetectorPumplaserbeamLowoutput(a)二.膜应力在通常的制造工艺中，薄膜上可能引入强的局部应力。这些应力会造成衬底形变，并产生可靠性问题。用薄层应力测量工具可以测量这种形变。在薄膜淀积前后，利用扫描激光束技术或分束激光技术测量硅片半径，绘制硅片应力的剖面图。硅片中的应力分布薄膜应力通常用圆片在淀积前后的弯曲变化来测量。膜应力由下式给出：其中，ν是泊松

8、比，E是杨氏弹性模量，δ是圆片中心的弯