测量学和缺陷检查幻灯片

1、内容提要 为何要量测IC, 并讨论相关的仪器设备，量率与资料搜集。 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。 叙述品质量测之量测技术与仪器。 列出七种适合与IC之分析仪器。,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 measurement,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,品质检验quality mea

2、surement,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) 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。,十二项品质检验,折射率 根据折射率之改变，可判断

3、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 mass 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

4、射技术或数位对比技术。,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(step 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 met

5、er) 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。,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 spect

6、roscopy, 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（10100nm） 能量与波长分散光谱仪(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,Thanks!,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,四点探针法(Four-point

7、 probe) 四点探针技术可避免接触电阻的影响。 s=V/I*2s （s: 探针之间距离） Rs= /t =4.53*V/I （当薄膜够大而探针间距够小） 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,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,458nm Argon Ion,633n He-Ne,780nm Diode Laser,905nm Diode Laser,Spacial Filter / Beam Combiner,Polarization Modulator,Video Microscope,Auto Focus Detector,Ellipsometer