半导体测试薄层厚度测量
34页1、第四章 薄层厚度测量,多数半导体器件和集成电路的主体结构,由各种形状和尺寸的薄层构成。这些薄层主要有: 二氧化硅SiO2 氮化硅SiNx 掺杂扩散层/离子注入层 Si外延层 金属膜(Al、Cu等)/多晶硅膜 这些薄层很薄,一般在m 范围内。,一、引言,二氧化硅SiO2 、氮化硅SiNx的用途 具有绝缘、抗腐蚀性强、易于制备等特点,常在半导体器件制造中用作掺杂阻挡层、表面绝缘层、表面钝化层、绝缘介质等,是硅器件制造中最为广泛应用的一种膜层。,一些晶体管的平面制作工艺。,双极晶体管,MOS晶体管,二、薄膜厚度测量的主要方法,(一)比色法,图4.1,白光,薄膜上下表面的两束反射光产生干涉,图4.2 颜色与厚度的对应关系,当镀膜变得越来越厚时,晶圆的颜色就会按照一个特定顺序变化,并且不断重复。我们把每一个颜色的重复称为一个顺序(0rder)。,(二)干涉条纹法,2、单色光测量,黑白相间条纹,干涉显微镜,第1个明条纹对应的厚度:t1=0/2n (n是薄膜折射率) 第2个明条纹对应的厚度:t2=20/2n 第N个明条纹对应的厚度:tN=N0/2n (薄膜总厚度),2、膜厚仪 基于干涉原理,可自动实
2、现膜厚测试。,膜厚测量仪主要包括:宽带光源、高性能线阵CCD光谱仪、传输光纤、样品测试台及测量分析软件。,(三)椭偏仪测量法,1、方法简介 它应用极化光测量高吸收衬底上的介电薄膜,如硅衬底上的二氧化硅层;能同时准确确定出薄层材料的折射率和厚度,测量精度比干涉法高一个数量级以上,是目前已有的厚度测量方法中最精确的方法之一。,2、非极化光与极化光 光是一种电磁波,电磁波是横波,振动方向和光波前进方向垂直。通常,光源发出的光波,其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向,即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同,这种光就称为非极化光或者自然光。,非极化光/自然光,偏振光的应用 1、汽车车灯 2、观看立体电影,3、生物的生理机能 蜜蜂 4、LCD液晶屏,利用相位补偿方法可以测出,(4.4) (4.5),在光线通过镀膜的通路中,光束平面的角度已经发生了旋转。而光束所在平面旋转的角度大小取决于膜厚和晶圆表面的折射系数。,图4.13、图4.14,1/4波片:将线偏振光变换成椭圆偏振光 起偏器的作用:在一定的起偏角下,椭圆偏振光经过样品后能够变成线偏振光。 检偏器的作用:将样品出射
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