四探针测试仪测量

 

厚度隔离层上的均匀导电层的厚度可由四探针测试仪测量得出,对于薄膜的公式为:

T=ρ/R,

这里T为薄膜层厚度,ρ为电阻率,R为方块电阻。

因为对于像铝这样的纯材料而言,电阻率是一个常数(参见下图),所以事实上对方块电阻率的测量就相当于对薄膜厚度的测量。这个公式不能用于计算掺杂层的厚度,因为掺杂剂并不是均匀分布于整个薄膜层的。

 

掺杂浓度/深度形貌

晶圆中掺杂原子的分布是影响器件电性能的主要因素(参见后面介绍)。这种分布(或者说掺杂浓度的形貌)是由某些技术因素决定的。一是扩散电阻,通过斜面技术处理产生了掺杂后测试晶圆的样本。用斜面处理将结暴露后,可以在斜面上实施一系列的两点探针测试(参见下图)。在每个点,探针的垂直距离被记录,并且进行电阻测量。测量的每一点的电阻值都随掺杂剂浓度的改变而改变。

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用计算机计算深度和电阻值与每层掺杂含量之间的关系。计算机利用所得数据构造被测样品一个表示掺杂浓度的形貌图。这种测量通常是周期性的离线测量或者器件的电性能,表明掺杂分布已经发生改变的情况下实施的。

 

另外一个方法就是用阳极氧化技术从晶圆表面移走薄膜层(参见第7章)。在形成氧化物之后,则通过刻蚀移走氧化物,然后对新的表面实施四探针测试仪测量。探针进人晶圆的距离由氧化层厚度决定,并且通过特定的计算机程序与掺杂浓度和四探针测试仪测试的方块电阻值相联系。

 

二次离子质谱法

 

二次离子质谱法(SIMS)基本上是一种离子铣和二次离子检测方法。离子集中轰击样品表面并除去一个薄层。二次离子则由被去除薄层的晶圆材料及其中的掺杂原子产生。这些离子被收集和分析,并用来计算每层掺杂杂质的数量,它接下来可以构造杂质的形貌图罔。

 

差动霍尔效应如同其他两种构造形貌方法一样,差动霍尔效应〈DHE)要求连续去除掺杂层直到节点。对于每一个被去除层,都要测量其电阻率和霍尔系数(与载流子迁移率有关每一层的掺杂浓度通过这两个测量参量来计算得出。这个方法的不足之处就是需要额外的时间去准备特殊形状的测试结构。

 

氧化层击穿(BVox或击穿电压)

 

电性能测量中,BVox用于测试氧化物的质量。所用测试结构相当于电容一电压测试分析结构。但是在这个测量中,电压是连续上升的,直到氧化层出现物理击穿,同时电流可以从铝栅极直接流到硅衬底中,而氧化层在被击穿之前所能承受的最大电压是其厚度、结构、质量和纯度的函数。可能是因为栅极氧化层是MOS晶体管中最为重要的氧化层,所以这个测试通常称为栅极氧化物完整性测试,简称为GOIO随着器件几何尺寸的不断缩小,更薄、质量更优的氧化层对于器件的正常工作是十分必要的。

 

物理测试方法

 

产品的可靠性和良品率的保持都要求对缺陷和错误等进行在线检测,以消除线上的可疑材料。工艺控制要求在每一个工艺步骤上测量工艺结果,并且了解各种缺陷的数量、密度、位置和性质。这些数据来源于一系列与电路复杂性,比如图形尺寸、污染敏感度和电路密度相关的测试和评价。这些测试在测试晶圆或直接在产品晶圆上进行。产品晶圆的测试要求通过斜面技术使下层表面结构暴露出来,或用微切或者聚焦离子束(FIB)去除电路的一部分。

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