晶圆制造工艺在工艺控制、设备操作和材料制造方面要求很高的精确度。一个工艺错误就有可能导致品圆的完全报废。一个致命的缺陷能毁掉一个芯片。在整个工艺过程中,晶圆和工艺质量好坏的评估是通过大量的测试和测量得出的。测试主要是在工艺处理进行中的晶圆、测试芯片、产品芯片和己完成的电路上进行的。本章将描述个体的测试。统计制程控制将在后面介绍。

本系列的主要内容有:

1. 解释电阻、电阻率和方块电阻的区别。

2.画出四探针测试仪的部件和电流流向示意图。

3.比较在测量薄膜厚度时,彩色干涉、条纹计算、分光光度计、椭偏仪和触针的原理和用途的不同。

4,比较在测量结深时,刻槽和染色、扫描电镜和扩散电阻的原理和用途的不同。

5.列出用光学显微镜和扫描电镜检查晶圆表面的方法和优点。

6.画出二极管正向偏置和反向偏置的示意图及与之相对应的电压一电流曲线。7.解释关于PN结性能特性的表面漏电流效应。

8画出双极型晶体管和MOS晶体管工作原理的示意图,并且画出相应的电压一电流特性曲线。

9.列出电容一电压测量的步骤和污染检测的原理。

10.描述原子力显微镜的原理及用途。

 

简介

 

生产线控制和产品稳定性的保持都要求我们了解工艺特性和电路的参数。度量衡学(Metrology)是用于物理表面特征测量的概括性术语。关注点包括图形宽度、薄膜厚度、缺陷识别和定位及图形记录错误。一个好的特性曲线能为我们提供警告,以保证工艺不超出控制范围。而器件特性是我们分析器件性能并使之与顾客的要求保持一致的基础。因此,在工艺过程中的每一步,都有一系列严格受控的设备和工艺参数。例如,温度、时间等。而且在每个重要的工艺步骤之后,都会在晶圆或测试晶圆上对工艺结果进行评估。测试晶圆(testwafer)是指一些空白晶圆,或者一些专门为通过该项工艺后测试所用的晶圆。因为很多测试具有毁坏性,因此不能在有器件的晶圆进行此类测试,也不能在芯片中有实际组成的部分进行此类测试。在介绍工艺的章节中,已经标定了每道工艺的重要参数,例如,膜厚、电阻率和洁净度等。这里将对测试方法的基本原理,适用性及敏感范围进行介绍。

 

一些是直接的,也有一些是间接的。其中一组包括对测试晶圆和实际器件电性能的测量。它们测量了某些工艺对电性能的直接影响,比如离子注人。为了推断出某一单独的工艺参数控制,我们需要对几个工艺的器件性能进行测量。另一组是直接测量某些物理参数,例如层的厚度、宽度、成分和其他。这一组包括缺陷的检测。第三组是测量晶圆内和表面以及材料内部的污染。

 

毫不奇怪,测试和测量方法已经随着集成水平的提高和图形尺寸的减小而发生了很大的改变。UISI集成电路技术正引导着在纳米水平上的研究,被称为纳米分析时代(nanoanalysisera)同时在线测试的成本也在上升。为优化工艺参数,更大的晶圆和更高密度的电路都要求进行更多的测试。大批量生产工艺要求做实时测试分析》以防止大批的生产品圆报废。UISI集成电路的数据管理系统通常包括在线统计分析和数据库管理功能。

 

晶圆的电特性测量

 

电阻和电阻率

 

制作工艺的目的是为了在晶圆的内部或表面形成固态电子元件(晶体管、二极管、电容器和电阻器),然后将其用线连在一起形成电路。如果整个电路要达到高性能,那么每一个器件就必须达到单独的性能要求。在整个工艺中,器件电特性的测量被用于评估工艺和预测电子器件的性能。()

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