半导体晶圆的物性分析

控制工艺流程和晶圆环境以满足常规晶圆合规性的日常挑战，需要使用很多不同的表征技术，包括电子和离子显微镜。 在这里您将了解 Thermo Fisher Scientific 电子显微镜，及其在整个半导体制造过程中帮助您控制工艺流程方面的应用，以确保您达到可能最高的良率。

控制工艺流程并分析半导体晶圆的物性结构要使用多种高分辨率光学/电子/离子显微镜和特定的光谱仪/衍射仪。 表1列出了多种此类技术，表2描述它们在半导体制造中的应用。

当今的晶圆制造必须处理几何尺寸不断缩小、新材料和全新结构等问题，以及关键器件结构太小而无法使用现有工具进行表征。 随着器件尺寸缩小，对图像分辨率和检测器灵敏度的要求也变得更加严格：要显示小于10 nm的器件中的晶体管结构，显微镜的分辨率要达到埃米范围，而且由于来自极小探查体积 (< 0.001 μm3) 的可检测信号非常微弱，信号检测器和读出电子元件必须高度灵敏且无噪声。

Thermo Fisher Scientific 提供多种电子和离子显微镜以及其他分析仪器，适合行业周期不同阶段的晶圆分析，比如在路径查找和工艺开发过程中，或者在良率提升和制造过程中。

在路径查找和工艺开发阶段，技术人员和设计师可扩展物理边界，同时设计原子水平的新器件。 Thermo Fisher Scientific 提供最先进的工具，使该先进的研发能够在 10 nm、7 nm 甚至 7 nm 以下的技术节点上继续进行。

在良率提升阶段，关键是要加速良率学习，因为上市所需时间是新一代器件取得商业成功的关键。 过去使用光学或基于 SEM 的工具集对半导体器件制造的很多步骤进行良率分析，但是现在越来越依赖 TEM 显微镜的结果。 Thermo Fisher Scientific 使用新的高生产率工具工作流程，同时具备最高性能和单位 TEM 样品最低成本的优势，顺利实现了从 SEM 到 TEM 的过渡。

一旦在良率提升过程中开发出新技术且消除了系统性工艺缺陷，大批量生产需要对关键且通常边际化的工艺进行非常精确和有效的控制，以将良率保持在经济可持续的水平上。 Thermo Fisher Scientific 开发并推出了专门的工作流程解决方案，能够在最短时间内以前所未有的容量对良率偏移进行高效表征。

除了这些分析解决方案适合制造过程中的晶圆分析，Thermo Fisher Scientific 产品线还包括在晶圆电性测试或封装器件测试后专门用于电性调试的产品： 电性失效器件需要进行检查，找出电性失效的根源，以纠正制造工艺或电性设计的不足。 电性失效分析包括两个必不可少的步骤，第一步是检测电性缺陷网络在器件中的物理位置（故障隔离），第二步是物理检查任何器件物理或化学异常的物理位置（故障辨识）。 故障隔离方法基于器件的时间调制激发和测量器件发出（同样为时间调制）的信号。 器件激发可以是物理（激光、热）或电性（电气测试矢量）形式，并且器件响应也可为物理或电性形式。 锁相热成像 (LIT) 技术使用指定频率的热脉冲对器件均匀加热，并且通过高度灵敏的红外照相机测量器件的局部温度响应。 OBIRCH（光束诱导电阻变化）技术通过脉冲激光器对电动器件进行局部加热，并且将对这种局部加热的响应测定为器件的电阻变化。 光发射显微镜 (EMMI) 使用动态信号对器件进行电刺激，使晶体管通过电刺激切换开关状态和发光。 发射光可使用具有皮秒分辨率的超敏相机进行检测。 最后，纳米探针可用于接触预先确定的局部区域中的个别晶体管并进行电气测试。 纳米探针基于 SEM 或 AFM。