「香港飛龍」標誌 本文内容： 如果您希望可以時常見面，歡迎標星收藏哦~來源：內容 編譯自 semiengineering ，謝謝。半導體器件變得越來越薄、越來越複雜，使得薄膜沉積更加難以測量和控制。隨着 3nm 節點器件投入生產，2nm 節點加速向首次硅片投產，隨着晶圓廠尋求保持尖端器件的性能和可靠性，精確薄膜測量的重要性日益凸顯。無論是存儲設備的讀寫速度，還是邏輯芯片的計算速度，測量薄膜厚度都比以前更具挑戰性，因爲不同材料的多層堆疊已成爲常態，而且越來越多的薄膜必須得到非常精確的控制。這需要更多的計量步驟和更高的採樣率，以確保晶圓間的一致性。因此，各公司正在爲不同的任務選擇不同的工具，或者將多種技術組合到一種工具中，以滿足下一代工藝的精度和穩定性需求。他們正在探索哪些工具適用於高 k 金屬柵極堆棧、硅光子學、硅通孔 (TSV) 和重新分佈層，這些只是半導體制造中的一些關鍵層。除了確定厚度外，許多技術還可以測量其他關鍵參數，例如薄膜成分（SiGe 中的 Ge%）、折射率、晶粒尺寸或薄膜應力。多層堆棧中的一些最小尺寸出現在晶體管級。隨着 finFET 和納米片 FET 等 3D 晶體管的出現，垂直方向的臨界尺寸 (CD) 的重要性不斷增加，使得薄膜厚度控制比過去更加重要。一般來說，工藝必須在目標值 10% 範圍內變化的窗口內運行。在 20nm 特徵的世界中，這需要一種能夠測量 10% 變化或 1% 目標值的工具。這相當於 0.2nm，這本質上是原子級測量和控制。圖 1：晶體管級薄膜堆棧包含多箇薄膜聚焦關鍵薄膜半導體制造，特別是涉及先進的片上系統設備時，可能涉及 1,000 多箇工藝步驟，包括光刻圖案化、沉積、蝕刻、CMP、電鍍等。薄膜沉積後，通常會進行在線監控以用於工藝控制，通常使用可提供高吞吐量的光學系統。但並非設備中的所有薄膜都被視爲“關鍵”。例如，非關鍵或公共層包括厚氧化物和氮化物電介質、光刻膠和後端層（如金屬間電介質）。關鍵層包括 Si/SiGe 異質結構、高 k/金屬柵極堆棧和金屬觸點。GaN 和 SiC 薄膜在功率器件中至關重要。而硅光子薄膜必須滿足極其嚴格的折射率規格，即光路被該材料彎曲或折射的程度。晶圓廠通常用於測量和控制薄膜厚度的測量系統包括：光譜橢圓偏振法：以斜角指向晶圓，可同時測量多層薄膜的厚度和光學特性（折射率和消光係數）。反射測量法：垂直指向晶圓，測量從薄膜表面反射的光的強度或相位，以確定厚度、密度或粗糙度。光譜橢圓偏振法和光譜反射法：這是最流行的薄膜測量方法，因爲它可以獨立確定多層薄膜堆棧中每一層的厚度。干涉測量法：干涉儀將光分成兩束，讓它們沿着不同的路徑傳播，然後重新組合以產生干涉圖案。該圖案表示薄膜厚度、表面不規則性和折射率變化。X 射線測量：XRD（衍射）測量外延厚度和成分，而 XRR（反射法）測量厚度和粗糙度，XRF（熒光）測量金屬層厚度。這適用於厚度不超過 100nm 的薄膜。原子力顯微鏡 (AFM)：這是一種速度較慢的方法，特別適用於捕捉表面粗糙度和測量納米級特徵。它也用於地面真實（實際）尺寸測量。橫截面 TEM：使用穿過設備薄片（薄片厚度 <100nm）的高能電子束來揭示原子級尺寸。晶體管製造“最關鍵的薄膜層是所謂的高k/金屬柵極 (HKMG) 薄膜堆棧，它由多層超薄介電層和功函數金屬薄膜組成。HKMG 堆棧中的薄膜厚度是決定晶體管速度、功耗和可靠性的關鍵因素之一。”由於HKMG疊層非常薄，除了厚度控制之外，還必須非常精確地控制層間相互作用，以保持較低的漏電流和較高的柵極電容，並確保器件的可靠性。“同樣重要的是粗糙度——尤其是那些環繞柵極疊層的界面粗糙度，我們可以使用X射線反射率來揭示這一點，”“這些生長的硅和硅鍺層非常薄，厚度約爲2埃，可以進行相當精確的測量。”“高k/金屬柵極薄膜堆疊極其複雜，如果沒有大量光譜，很難區分不同層的厚度。結合多種光學技術，例如光譜反射法 (SR) 和光譜橢偏法 (SE)，其優勢在於，它使我們能夠獲得更多信息，從而獨立確定多層薄膜堆疊中每一層的厚度。”在射頻器件中，薄膜的結晶度對器件性能有着重要的影響。“XRD可以用來推導晶體尺寸，甚至可以推導薄膜中的應力，”範德米爾說道。“但對於體聲波（BAW）和聲表面波（SAW）濾波器來說，重要的測量指標是表面本身的結晶度。”https://semiengineering.com/why-thin-film-measurements-matter/半導體精品公衆號推薦專注半導體領域更多原創內容關注全球半導體產業動向與趨勢*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅爲了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。今天是《半導體行業觀察》爲您分享的第4089期內容，歡迎關注。『半導體第一垂直媒體』實時 專業 原創 深度公衆號ID：icbank喜歡我們的內容就點“在看”分享給小夥伴哦 (本文内容不代表本站观点。) --------------------------------- |
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