文章來源：學(xué)習(xí)那些事

原文作者：小陳婆婆

本文主要講述芯片制造中的半導(dǎo)體測量：摻雜濃度及圖形測量。

芯片制造

本文對半導(dǎo)體測量：摻雜濃度及圖形測量進行講解，分述如下：

摻雜濃度測量方法

圖形測量及檢查

摻雜濃度測量方法

一、熱波系統(tǒng)

熱波系統(tǒng)通過激光誘導(dǎo)熱效應(yīng)與晶格缺陷的關(guān)聯(lián)性實現(xiàn)摻雜濃度評估。其核心機制為：氬泵浦激光經(jīng)雙面鏡聚焦于晶圓表面，通過光熱效應(yīng)產(chǎn)生周期性熱波，導(dǎo)致局部晶格缺陷密度變化。

氦氖激光束經(jīng)相同光路反射后，其反射系數(shù)變化量與缺陷點數(shù)量呈正比關(guān)系。該方法突破傳統(tǒng)技術(shù)對晶圓圖形化的限制，可同時適用于無圖形晶圓與有圖形晶圓的摻雜濃度檢測。通過建立缺陷密度與摻雜濃度的定量關(guān)系模型，可有效表征離子注入工藝的均勻性及摻雜劑活化效率，尤其適用于快速工藝監(jiān)控場景。

二、電容-電壓法測硅外延層縱向雜質(zhì)分布

電容-電壓法針對薄層高阻外延材料實現(xiàn)高精度縱向雜質(zhì)分布表征。

該方法構(gòu)建于肖特基接觸的電容-電壓特性分析：通過制備金屬-半導(dǎo)體單邊突變結(jié)，利用勢壘電容與耗盡層寬度的物理關(guān)聯(lián)，建立摻雜濃度分布解析模型。

其關(guān)鍵結(jié)論包含：

摻雜濃度與微分電容特性直接相關(guān)，通過測量不同偏壓下的電容值C及微分電容-電壓斜率，可由公式直接計算摻雜濃度。

耗盡層寬度與電容呈反比關(guān)系，由公式

XD=Cεrε0

確定，通過變偏壓掃描可獲得摻雜濃度隨深度變化的連續(xù)分布曲線。

該方法突破三探針法的測量極限，適用于亞微米級薄外延層及高電阻率材料，其縱向分辨率可達納米量級，為外延生長工藝優(yōu)化提供關(guān)鍵參數(shù)支撐。

圖形測量及檢查

一、表面缺陷檢測

無圖形晶圓檢測

核心手段：光學(xué)顯微鏡與光散射缺陷檢測儀組合應(yīng)用

工藝監(jiān)控指標(biāo)：采用"單片晶圓單工藝步顆粒增量（Particles Per Wafer Per Pass）"評估設(shè)備潔凈度。

檢測能力：可實現(xiàn)粒徑0.1μm以下顆粒的分類統(tǒng)計及空間分布映射，為工藝設(shè)備清潔度管理提供量化依據(jù)。

有圖形晶圓檢測

光學(xué)檢測原理：基于激光掃描引發(fā)的光散射效應(yīng)，通過探測反射/散射光強差異識別缺陷。

關(guān)鍵設(shè)備特性：掃描式共焦顯微鏡通過點光源逐點掃描成像，有效抑制焦外噪聲，實現(xiàn)納米級表面形貌解析。

檢測信息維度：可同步獲取顆粒尺寸、形貌特征及表面粗糙度參數(shù)。

二、關(guān)鍵尺寸（CD）測量

光學(xué)顯微鏡適用范圍：適用于0.5μm以上特征尺寸的初代集成電路制造

掃描電鏡（SEM）技術(shù)優(yōu)勢

分辨率突破：電子束德布羅意波長（λ≈h/√(2meV)）遠(yuǎn)小于可見光波長，實現(xiàn)亞納米級測量精度。

檢測模式：低能電子束（<2keV）實現(xiàn)非破壞性在線檢測，高能模式（100-200keV）支持深層結(jié)構(gòu)成像。

CD-SEM核心參數(shù)

束斑直徑：2-6nm可調(diào)，匹配先進工藝節(jié)點需求。

真空環(huán)境：工作腔體維持10??Torr量級真空度，確保電子束傳輸穩(wěn)定性。

三、臺階覆蓋性評估

形貌表征方法

共形覆蓋標(biāo)準(zhǔn)：側(cè)壁傾角與膜厚均勻性滿足工藝設(shè)計規(guī)則。

失效判據(jù)：非共形覆蓋產(chǎn)生的空洞缺陷可通過表面形貌儀檢測，該設(shè)備具備微壓力接觸式掃描能力。

檢測系統(tǒng)特性

非破壞性檢測：電磁力傳感技術(shù)實現(xiàn)納米級垂直分辨率。

動態(tài)范圍：覆蓋從原子級平整度到微米級臺階高度的形貌測量。

四、套刻精度（Overlay）控制

圖形對準(zhǔn)判據(jù)

理想對準(zhǔn)條件：X/Y方向標(biāo)記偏移量（ΔX,ΔY）同時趨近于零。

失效模式：單向或雙向偏移超出工藝容差（通常為特征尺寸的1/3）。

檢測圖例分析

套準(zhǔn)偏差表征：通過專用標(biāo)記圖形的相對位移量化對準(zhǔn)精度。

工藝窗口關(guān)聯(lián)：套刻誤差直接影響多層布線層間電學(xué)連接可靠性。

五、電容-電壓（C-V）測試法

器件模型解析

等效電路構(gòu)成：柵氧化層電容與半導(dǎo)體空間電荷區(qū)電容的串聯(lián)組合。

閾值電壓效應(yīng)：強反型區(qū)呈現(xiàn)雙電容串聯(lián)特性，積累區(qū)表現(xiàn)為純柵氧化層電容。

測試流程與診斷能力

核心測試序列：

初始C-V掃描（負(fù)壓→正壓）：提取氧化層厚度、襯底摻雜濃度。

高溫偏壓處理（200-300℃）：驅(qū)動可動離子至界面態(tài)。

后處理C-V掃描：計算平帶電壓偏移量，量化氧化層缺陷密度。

工藝監(jiān)控指標(biāo)：通過平帶電壓變化評估柵介質(zhì)質(zhì)量。

六、接觸角測量技術(shù)

表面特性表征

物理意義：接觸角θ反映液體（如去離子水）在晶圓表面的潤濕行為。

關(guān)鍵參數(shù)關(guān)聯(lián)

θ<90°：表征親水性表面，與表面清潔度正相關(guān)。

θ>90°：表征疏水性表面，可能指示有機物污染。

工藝控制應(yīng)用

清潔度監(jiān)測：接觸角突變（Δθ>5°）預(yù)警表面沾污。

界面特性評估：與XPS等表面分析手段互補，建立潤濕性-化學(xué)態(tài)對應(yīng)關(guān)系。