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1、Chapter7 Measurement and Defect 内容提要 1 为何要量测IC 并讨论相关的仪器设备 量率与资料搜集 2 说明晶元制作时的十二项品质量测 并指出相关之制造步骤 3 叙述品质量测之量测技术与仪器 4 列出七种适合与IC之分析仪器 Chapter7 Measurement and Defect IC 量测的重要性 于制造过程测量相关重要特性可确保标准之品质 因此IC量测具其重要性 特 别是借空片 monitor wafer 可以了解制程参数 量测设备 独立量测仪器stand alone measurement tool 整合量测仪器integrated measure
2、ment 良率Yield 良率 可正常工作之晶粒 制作之全部晶粒 100 监控晶片 图案化晶片 Chapter7 Measurement and Defect 品质检验quality measurement Chapter7 Measurement and Defect 薄膜厚度 Thickness 高良率制程以制造可靠度元件之首要条件即为品质良好之薄膜 薄膜品质量测 还包括表面粗糙度 反射率 密度 针孔与孔洞缺少的量测 电阻率与片电阻 sheet resistance 量测导电性薄膜厚度最实用之方法即是量测片电阻 R L a L wt Sheet Resistance Rs t square
3、 薄膜应力 Stress 高度区域性之薄膜应力 film stress 出现于晶圆表面之薄膜上 造成晶圆变形 或是可靠度之问题 应力可借由测量晶圆半径曲率之改变而得 W l t 十二项品质检验 Chapter7 Measurement and Defect 折射率 根据折射率之改变 可判断薄膜内之污染情况 另一方面不均匀之折射率将导致不正确 的薄膜厚度测量 薄膜之折射率可经由干涉仪与椭圆偏光仪之量测而得 掺质浓度 晶圆之掺质浓度约在1010atoms cm2至1018atoms cm2 四点探针法是最常用之同步测量技术 热波系统适于较小惨质剂量之测量 二次离子质谱仪 Second ion ma
4、ss spectrometry SIMS 电容 电压测试法 未图案化表面之缺陷 Unpatterned defects 晶圆表面缺陷分析可分为两类 亮场与暗场光学侦测 图案化表面缺陷 Patterned defects 一般使用光学显微镜侦测图案化表面之缺陷 主要利用光散射技术或数位对比技术 Chapter7 Measurement and Defect 临界尺寸 Critical Dimension CD 闸极之宽度决定通道的长度 CD的变化量通常用来描述半导体之关键步骤的不稳定度 重叠对准 Overlay registration 比对光阻上之特殊转移图案与晶圆上之蚀刻图案 阶梯覆盖 st
5、ep coverage 具有尖针的高解析度 非破坏性之表面轮廓仪 surface profiler 能够测量表面阶梯覆盖与 其它特征 电容 电压测试 C V test MOS电晶体元件之可靠度直接受到闸极结构之氧化层控制 高品质的氧化层是获得高可 靠度元件之基本条件之一 接触角度 contact angle meter 主要测量晶圆表面液体之吸附与计算 表面能量及吸附张力等 接触角度 滴状液体 基板 Chapter7 Measurement and Defect 二次离子质谱仪SIMS Secondary ion mass spectrometry 破坏性 判断二次离子的种类和浓度 飞行式二次
6、离子质谱仪TOF SIMS Time of Flight SIMS 适用于超薄材料 原子力显微镜AFM atomic force microscopic 平衡式探针扫描晶圆表面 Auger电子光谱仪AES Auger electron spectroscopy 根据Auger电子能量判断样本材料的特性 X射线电子光光谱仪XPS X ray photoelectron spectroscopy XPS 主要用于分析样本表面之化学形式 穿透式电子显微镜TEM transmission electron microscopy 与SEM相似 可穿透非常薄的试片 10 100nm 能量与波长分散光谱仪
7、EDX WDX energy wave length dispersive spectrometer 聚焦离子束FIB focus ion beam 横切面监测能力强 分析仪器 Chapter7 Measurement and Defect 量测仪器 椭圆偏光仪 反射光谱仪 X 射线薄膜厚 度 光声技术 Rudolph Thickness EQ 量测方法 反射光谱仪 Chapter7 Measurement and Defect 四点探针法 Four point probe 四点探针技术可避免接触电阻的影响 s V I 2 s s 探针之间距离 Rs t 4 53 V I 当薄膜够大而探针间距
8、够小 范德波技术 Van der Pauw method 是四点探针的 改良技术 四点探针 轮廓图 Rs EQ 量测方法 Chapter7 Measurement and Defect 热波系统Thermal wave system 广泛用于侦测离子植入剂量之浓度 本技术主要 用于离子植入过程 测量晶格损伤情况 两束镭射光束照射于晶圆表面同一位置 以测量 反射率之改变 扫描式电子显微镜 scanning electron microscope SEM 使用一高聚焦电子束扫射待测物之表面 反射回来的电子信号经由 侦测其量测之 属于非接触式与非破坏式 Thermal wave EQ 量测方法 Ch
9、apter7 Measurement and Defect 458nm Argon Ion 633n He Ne 780nm Diode Laser 905nm Diode Laser Spacial Filter Beam Combiner Polarization Modulator Video Microscope Auto Focus Detector Ellipsometer Array Detector Analyzer Priam 椭圆偏光仪基本原理 Chapter7 Measurement and Defect FILM2 T n k FILM1 T n k SUBSTRATE
10、 n k PROJECTING LENS RECEIVING LENS MAIN ANGLE OF INCIDENCE ANGLE RANGEINDIVIDUAL ANGLES OF INCIDENCE LIGHT SOURCES ARRAY DETECTOR Chapter7 Measurement and Defect 阶梯覆盖 顺形阶梯覆盖 非顺形阶梯覆盖 孔洞 Chapter7 Measurement and Defect 光源 双向镜 目视之影像 透镜 亮场影像 目视之影像 透镜 暗场影像 表面缺陷造 成光反射 Chapter7 Measurement and Defect SP1 Compass
