半導體工藝檢測

半導體工藝檢測概述

半導體工藝檢測的項目繁多，內容廣泛，方法多種多樣，可粗分為兩類。第一類是半導體晶片在經歷每步工藝加工前後或加工過程中進行的檢測，也就是半導體器件和積體電路的半成品或成品的檢測。第二類是對半導體單晶片以外的原材料、輔助材料、生產環境、工藝設備、工具、掩模版和其他工藝條件所進行的檢測。

第一類工藝檢測

目的

主要是對工藝過程中半導體體內、表面和附加其上的介質膜、金屬膜、多晶矽等結構的特性進行物理、化學和電學等性質的測定。其中許多檢測方法是半導體工藝所特有的。

分類

按照所測定的特性，這一類檢測可分為四個方面。①幾何尺寸與表面形貌的檢測：如半導體晶片、外延層、介質膜、金屬膜,以及多晶矽膜等的厚度,雜質擴散層和離子注入層以及腐蝕溝槽等的深度，雙極型電晶體的基區寬度，半導體晶片的直徑、平整度、光潔度、表面污染、傷痕等，刻蝕圖形的線條長、寬、直徑間距、套刻精度、解析度以及陡直、平滑等。②成分結構分析：如襯底、外延層、擴散層和離子注入層的摻雜濃度及其縱向和平面的分布、原始晶片中缺陷的形態、密度和分布，單晶矽中的氧、碳以及各種重金屬的含量，在經過各種工藝步驟前後半導體內的缺陷和雜質的分布演變，介質膜的基本成分、含雜量和分布、緻密度、針孔密度和分布、金屬膜的成分，各步工藝前後的表面吸附和沾污等。③電學特性：如襯底材料的導電類型、電阻率（包括平面分布和一批晶片之間的離散度）、少數載流子壽命、擴散或離子注入層的導電類型與薄層電阻、介質層的擊穿電壓、金屬-氧化物-半導體結構的電容特性、氧化層中的電荷和界面態、金屬膜的薄層電阻、通過氧化層台階的金屬條電阻、金屬－半導體接觸特性和歐姆接觸電阻、二極體特性、雙極型電晶體特性、金屬-氧化物-半導體電晶體特性等。④裝配和封裝的工藝檢測：如鍵合強度和密封性能及其失效率等。

相互關係

各類和各個檢測項目，有許多是密切相關的。例如，摻雜濃度和分布，除了通過成分結構的分析直接檢測外，還可以通過測量電阻率與薄層電阻等方法進行推算。同樣，二極體和電晶體的許多特性也與其刻蝕圖形和幾何結構有密切關係。同一檢測項目根據不同產品和工藝的要求，如檢測靈敏度、特定的雜質成分等，從經濟和使用方便考慮，有時又可選用不同的檢測方法和檢測手段。對工藝過程存在的問題，有時根據一項檢測結果就可作出判斷，有時卻要對幾項測試結果進行綜合分析進行判斷。在工藝管理中，根據這些具體情況把那些能夠直接而又簡便地反映工藝控制情況的檢測項目，列為經常進行的常規檢測。對於那些有助於深入分析和判斷工藝中存在的問題，但操作比較繁雜或費用高的檢測項目，一般列入非常規的工藝測試，只進行定期或不定期的抽測。

破壞性檢測方法

在常規檢測中，有時還採用破壞性的方法（如測PN結深度、鍵合強度等），較多的則屬非破壞性測試。但是即使採用非破壞性的檢測方法，一般也不在半導體器件和積體電路的半成品或在制品上進行直接測量。其原因是:①避免由於工藝檢測引進損傷和沾污;②從半導體器件和積體電路的現成結構上一般難以直接進行所需的工藝檢測項目。特別是當積體電路的集成密度增大、圖形更加精細時，更難從測量積體電路晶片直接判斷工藝中存在的問題。因此，需要採用專門的測試樣片進行測試。例如，要測量薄層電阻、PN結的擊穿電壓或雙極型電晶體的電流增益等在整個晶片上的分布情況，就要有專門的測試樣片，並按照與正式產品的晶片相同的工藝條件在它的上面加工成薄層電阻、二極體或是雙極型電晶體的測試結構陣列。這些測試樣片有的用於檢驗單項工藝步驟，有的則要經受幾步連續工藝甚至完成全部工序之後才能進行測試檢驗。除了根據需要採用專門的測試樣片之外,在用於加工正式產品的晶片內部,也在晶片圖形之間以適當布局穿插一些包含各種測試結構的測試晶片，或在每個正式晶片的邊角位置配置少量測試結構。這些測試結構都是和正式晶片一起經歷著完全相同的工藝步驟。從這些測試結構的測量中，可以較為可靠地了解到在同一晶片上所有晶片工藝控制的基本情況。測試結構的圖形一般都比正式晶片的圖形簡單，如單獨的電阻條、二極體、雙極型電晶體、金屬-氧化物-半導體結構的電容器、金屬-氧化物-半導體電晶體等。但是，它們的結構和尺寸都要緊密結合正式晶片的情況進行設計。

半導體工藝檢測

基本介紹