大直径硅片表面平整度检测中的纳米形貌新概念

　　随着IC工业的飞速发展,芯片尺寸不断加大,集成电路设计线宽不断减小,对硅材料晶体内部及硅片表面的质量要求也越来越高。

　　人们对晶体内部质量的研究开始得比较早,现在已经比较系统和深人,而对硅片表面质量的重视,则只是近十年的事情。随着器件特征尺寸的减小,对硅材料表面的要求越来越苛刻,表面好坏,直接影响到器件的加工质量和成品率。目前,材料厂家检测原材料硅片表面的参数主要有如下几个方面:表面颗粒/光点缺陷,表面金属含量,平整度(总平整度,局部平整度)。今后的检测,或者说器件厂家对材料的要求将会涉及到微粗糙度和纳米形貌(nanoto-pography)。因为单纯地检测平整度和局部平整度已不能满足工艺的要求,为了对整个硅片表面状态有更完整的了解,反映对更微观尺寸上的表面形状变化,有必要进行纳米形貌和微粗糙度的测量。

　　1纳米形貌的概念

　　纳米形貌的提出是针对线宽<0.25微米器件生产工艺要求提出的。2001年3月发表的SEMI标准M43《关于编制硅片纳米形貌报告的指南》给出纳米形貌的定义:在空间波长近似0.2一ZOmm范围内,在FQA合格质量区内整个硅片前表面的一种不平整的偏差。例如片表面上的凹陷、凸起或波纹,它们从峰到谷的高度变化在几个到几百个纳米之间见图1。

　　2纳米形貌与平整度、微粗糙度的关系及比较

　　纳米形貌与平整度、微粗糙度其实都是用于描述晶片表面的不平整度的偏差,三者之间既有区别又有联系。

　　平整度是指晶片背面为理想平面时,晶片正表面相对于一规定的基准平面的偏差。对于直径200-300mm,特征尺寸0.18-0.13μm的硅片,要求SFQR≤180-130nm。目前对于平整度的测量普遍采用非接触电容扫描法。此方法对背表面平整度的要求很高。因为背表面的表面起伏变化会被叠加到正表面上去,造成测试结果大于实际值。

　　微粗糙度的定义是表面粗糙度分量的不均匀度(空间波长)之间的间隔小于roo林m。从峰到谷的高度变化在0.1-1nm范围。微粗糙度的测量方法可分为三类：

　　(1)轮廓仪一包括AFM及其它扫描探针显微镜等。

　　(2)干涉仪一干涉显微镜。

　　(3)散射仪一扫描表面检查系统。

　　纳米形貌特征不包括微粗糙度,它的空间波长范围介于平整度和微粗糙度之间。纳米形貌所表现的不平整的偏差即从峰到谷的高度变化也介于二者之间。从图2可以看出,当它的空间波长取值不同时,所包含的不平整度的范围变化情况。纳米形貌特征尺寸填补了平整度与微粗糙度间的空间空白,使我们对整个硅片表面状态有更完整的认识。度测量法中的干涉和非干涉两种方法的工作原理。干涉法是通过监测测量光与参考光的相位差来转换成硅片表面的起伏变化;非干涉法则是运用Shack-Hartmann传感器去测量从硅片表面反射光波,分析反射光的波阵面来达到测试目的。