非接觸晶圓測試原理及應(yīng)用

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1、非接觸晶圓測試原理及應(yīng)用張林海張俊賴海波無錫華潤華晶微電子有限公司五分廠摘要：本文介紹非接觸晶圓測試系統(tǒng)的原理和在半導(dǎo)體生產(chǎn)中的主要應(yīng)用，包括以表面光電壓測試（SPV）為基礎(chǔ)的介質(zhì)層可動(dòng)電荷測試、C-V測試和I-V測試，體硅表面摻雜以及擴(kuò)散長度、載流子壽命等應(yīng)用。關(guān)鍵詞：非接觸、電荷、SPVAbstract：Thispaperintroducingnon-contactelectricalmeasurementsystemproduceamediumapplicationinthesemi-conductor,mainl

2、yincludethetestprinciple,Surfacephotovoltage，Mobilecharge,C-VandI-V,atthesametimestillsomeapplicationsaimingatotherequipmentsesandmaterialsinthesemi-conductor.Keyword:non-contactchargeSPV一、引言隨著非接觸測量技術(shù)的快速發(fā)展，在晶圓制造廠已經(jīng)能夠有效的控制金屬、缺陷衍生以及材料等，尤其是在擴(kuò)散工藝過程中。多點(diǎn)或整片掃描測試結(jié)果的圖片已經(jīng)整

3、合了表面電壓、不同接觸以及對整片表面連續(xù)灑電荷等的應(yīng)用，完全能夠替代昂貴的、緩慢的電學(xué)測試設(shè)備，已經(jīng)逐步得到廣泛的應(yīng)用。二、非接觸晶圓測試原理圖1CPD測量示意圖Non-ContactC-Vmeasurement非接觸式C-V測量原理與MOSC-V測試相同，但非接觸式不需要表面有金屬。它通過在表面噴灑電荷來給表面施加偏置電壓。表面偏置電壓通過原片表面的高速非接觸開爾文探頭監(jiān)控。該系統(tǒng)名稱叫做SDIFAaST230，可以測量氧化層總電荷、平帶電壓、界面陷阱電荷、介質(zhì)層可動(dòng)電荷[1]。圖2MOS電容及電荷分布示意圖接觸電勢差

4、（Contactpotentialdifference）CPD的測量可以由圖1所示，在兩端加交流電J可測量，由vibratingfork控制，所以根據(jù)公式（1）可以得出VCPD。J==VCPD（1）VCPD=(功函數(shù))+VSB（空間電荷區(qū)電勢差）+VD（介質(zhì)層電勢差）（2）Φms是常數(shù)，那么當(dāng)CPD發(fā)生變化時(shí)有公式（3）：ΔVCPD=ΔVOX+ΔVSB（3）當(dāng)用光照射圓片表面時(shí)ΔVOX=0，所以根據(jù)圖2所示，可以得到：ΔVSB=ΔVill(光照)-ΔVdark（無光照）（4）當(dāng)光照很強(qiáng)的時(shí)候，有VSB≈0，即處于平帶，代

5、入公式（3）（4）有：ΔVOX=ΔVill（5）得出ΔVOX+ΔVSB值之后，ΔQC是可測量的，根據(jù)下面公式就可以計(jì)算出ΔQSC、Dit和COX。（6）COX=（7）QSC=（8）=（9）（10）其中，徳拜長度LD=，。以下所有SPV的可動(dòng)電荷、C-V和I-V等應(yīng)用，都是根據(jù)以上測量手段及計(jì)算公式為依據(jù)[2]。一、非接觸晶圓測試應(yīng)用1、SPV（表面光電壓）經(jīng)過工藝加工的硅片進(jìn)行SPV測試時(shí)，不需要做任何特殊的準(zhǔn)備，通過使用者對測量所定義好的序列，可以自動(dòng)的獲得一系列的參數(shù)，要較傳統(tǒng)的C-V測試明顯獲得更多的數(shù)據(jù)（如：可動(dòng)

6、電荷、固定電荷、缺陷態(tài)密度、表面摻雜以及載流子壽命）。在這種情況下，這些數(shù)據(jù)都會(huì)被上傳到一個(gè)圖表制成系統(tǒng)進(jìn)行編輯。這種程度的數(shù)據(jù)從來沒有這么快速的得到過，隨著氧化層生長完成，在列表內(nèi)的所有參數(shù)可以在3小時(shí)內(nèi)測得。電介體各項(xiàng)性質(zhì)，如VFB和Vit能自動(dòng)的獲得，不需要制定相應(yīng)的樣品等。擴(kuò)散爐需要控制的一些參數(shù)，如擴(kuò)散長度、鐵離子分布、表面或者其他復(fù)合中心分布，可動(dòng)電荷密度，以及包括830到大于6000個(gè)測量點(diǎn)形成的整個(gè)晶圓掃描圖像在內(nèi)的各項(xiàng)測試，每項(xiàng)10到30分鐘即可做完SPV測試。表1SPV測試獲得的各項(xiàng)參數(shù)Paramet

7、ersandmapsTermAveragemeasurementVCPDＣontact－potential-difference　voltage0.421VVOXOxidevoltage﹣0.104VVSBSurfacebarriervoltage0.526VQSCChargeinsurfacespace-chargeregion13.87×1010q/cm2DitInterfacetrapdensity1.388×1010/cm2eVNitNumberofinterfacetraps0×1010/cm2VFBFlatb

8、andvoltage﹣0.459VVMIDMid-bandvoltage0.029VCOXOxidecapacitance173.2nFTOXOxidethickness199.5AQEFFEffectivecharge49.65×1010q/cm2SDNear-surfacedoping2.892×1015/cm3