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SPM300 激光共聚焦多模態(tài)半導體參數(shù)測試儀

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SPM300 激光共聚焦多模態(tài)半導體參數(shù)測試儀,

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SPM300 激光共聚焦多模態(tài)半導體參數(shù)測試儀

產(chǎn)品概述

在半導體制造過程中,諸如退火、切割、光刻等工序會在材料中引入應(yīng)力。這些應(yīng)力可分為張應(yīng)力和壓應(yīng)力,分別對應(yīng)拉伸和壓縮作用。適當?shù)膽?yīng)力有助于提升器件性能,例如在硅晶體中引入張應(yīng)變可提高電子遷移率,從而增強器件速度。然而,過度或不均勻的應(yīng)力可能導致材料缺陷、晶圓翹曲,甚至影響器件的可靠性和壽命。拉曼光譜作為一種非破壞性檢測技術(shù),能夠高靈敏度地檢測材料中的應(yīng)力狀態(tài)。其原理基于光與材料內(nèi)化學鍵的相互作用,通過分析散射光譜的變化,獲取材料的應(yīng)力信息。

與其他檢測方法相比,拉曼光譜具有快速、無損、空間分辨率高等優(yōu)勢,特別適用于半導體材料的應(yīng)力檢測。

什么是拉曼光譜測試?

拉曼光譜是一種基于光與物質(zhì)相互作用的非破壞性分析技術(shù),主要用于研究材料的分子振動、旋轉(zhuǎn)和其他低頻模式。當單色激光照射到樣品上時,大部分光子會發(fā)生彈性散射(瑞利散射),其頻率與入射光相同。然而,約有一百萬分之一的光子會與樣品分子發(fā)生非彈性散射,導致散射光的頻率發(fā)生變化,這種現(xiàn)象被稱為拉曼散射。

拉曼光譜通過檢測這些頻率變化,提供關(guān)于樣品分子結(jié)構(gòu)、化學鍵和分子間相互作用的信息。在拉曼光譜中,每個峰對應(yīng)特定的分子振動模式,其位置和強度反映了分子的特性。由于不同物質(zhì)的拉曼光譜具有獨*的特征,因此被稱為物質(zhì)的“化學指紋”,可用于快速識別和區(qū)分不同材料。

此外,拉曼光譜在檢測材料應(yīng)力和應(yīng)變方面也具有獨*優(yōu)勢。材料中的應(yīng)力會導致晶格結(jié)構(gòu)的變化,從而引起拉曼譜峰的位置和形狀發(fā)生變化。通過分析這些變化,可以非破壞性地評估材料的應(yīng)力狀態(tài)。

應(yīng)力的來源與檢測方法

應(yīng)力是指材料內(nèi)部由于外力或溫度變化等因素引起的內(nèi)力,通常以單位面積上的力來表示。根據(jù)作用方式,應(yīng)力可分為:

張應(yīng)力(拉應(yīng)力):使材料沿某方向伸長的應(yīng)力。在半導體材料中,適當?shù)膹垜?yīng)力可提高電子遷移率,增強器件性能。

壓應(yīng)力:使材料沿某方向縮短的應(yīng)力。在某些情況下,壓應(yīng)力可能導致材料變形或性能下降。

在半導體制造過程中,如退火、切割、光刻等工序,都會引入應(yīng)力。適當?shù)膽?yīng)力有助于提升器件性能,但過大的應(yīng)力可能導致材料缺陷、晶圓翹曲,影響器件的可靠性和壽命

檢測薄膜應(yīng)力的常用方法包括X射線衍射和拉曼光譜:

X射線衍射(XRD):通過測量晶格常數(shù)的變化來計算應(yīng)力。該方法精度高,但對樣品制備要求嚴格,測量范圍較小,難以實現(xiàn)在線檢測。

拉曼光譜:通過檢測拉曼譜峰的位置變化來評估應(yīng)力。該方法具有非接觸、無損、快速、空間分辨率高等優(yōu)點,適用于在線監(jiān)測和微區(qū)分析。

在半導體材料應(yīng)力檢測中的應(yīng)用

拉曼光譜作為一種非破壞性、高靈敏度的分析技術(shù),廣泛應(yīng)用于半導體材料的應(yīng)力檢測。通過分析拉曼譜峰的位置和形狀變化,可以評估材料內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)。

單晶硅和多晶硅的應(yīng)力檢測

單晶硅和多晶硅在拉曼光譜中的特征峰位于約520CM 1處,對應(yīng)于硅的晶格振動模式。

當材料內(nèi)部存在應(yīng)力時,晶格常數(shù)發(fā)生變化,導致拉曼譜峰發(fā)生位移:張應(yīng)力(拉應(yīng)力):使晶格常數(shù)增大,拉曼譜峰向低波數(shù)方向移動。

壓應(yīng)力:使晶格常數(shù)減小,拉曼譜峰向高波數(shù)方向移動。

通過測量拉曼譜峰的位移量,可以定量評估材料中的應(yīng)力大小。例如,在多晶硅薄膜中,拉曼譜峰的頻移與殘余應(yīng)力之間存在線性關(guān)系,可用于計算應(yīng)力值。

拉曼光譜與應(yīng)變硅材料

應(yīng)變硅(STRAINED SILICON)技術(shù)通過在硅材料中引入應(yīng)變來提高載流子遷移率,從而提升器件性能。常見的方法包括:

引入張應(yīng)變:在硅中引入拉伸應(yīng)力,增大電子遷移率。

引入壓應(yīng)變:在硅中引入壓縮應(yīng)力,增大空穴遷移率。

拉曼光譜可用于表征應(yīng)變硅材料的應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)變的存在會導致拉曼譜峰發(fā)生位移,且位移方向和幅度與應(yīng)變類型和大小相關(guān)。通過分析拉曼譜峰的變化,可以評估應(yīng)變硅材料中的應(yīng)力分布和應(yīng)變程度,為器件設(shè)計和工藝優(yōu)化提供參考。

在多種半導體檢測中的拓展應(yīng)用

拉曼光譜作為一種非破壞性、高靈敏度的分析技術(shù),已在半導體領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,除應(yīng)力檢測外,還包括以下方面:

純度檢測:拉曼光譜可用于評估半導體材料的純度,檢測雜質(zhì)和污染物的存在,從而確保材料質(zhì)量。

合金成分分析:在1-V族半導體合金中,拉曼光譜可用于確定組分比例,分析材料的化學組成。

結(jié)晶度評估:通過分析拉曼譜峰的形狀和寬度,可以評估材料的結(jié)晶度,判斷其晶體質(zhì)量。

缺陷檢測:拉曼光譜對晶格缺陷敏感,可用于檢測材料中的缺陷和位錯,評估其對器件性能的影響。

SPM300 激光共聚焦多模態(tài)半導體參數(shù)測試儀

產(chǎn)品特性和核心技術(shù):

· 激光自動聚焦

· 自主研制的激光輔助離焦量傳感器:

可在紫外激發(fā)光照射樣品并采集熒光信號的同時工作,實現(xiàn)自動聚焦和表面跟蹤。

· 紫外暗場照明。

· 標配波長275nm紫外激發(fā)光,可按用戶要求定制其它波長發(fā)光

· 可同位采集明場顯微像、可見光波段暗場熒光像、紅外波段暗場熒光像,分析樣品中位錯、層錯等品格缺陷的分布。

· 全自動操作。

· 自動化的控制軟件和數(shù)據(jù)處理軟件,全軟件操作。

· 相關(guān)國家標準:

《中華人民共和國國家標準GB T43493.3-2023 半導體器件功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片缺陷的無損檢測識別判據(jù) 第3部分:缺陷的光致發(fā)光檢測方法》(2023年12月28日發(fā)布,2024年7月1日實施)

性能參數(shù):

拉曼激發(fā)和收集模塊

激發(fā)波長

532 nm

激光功率

50 mW

自動對焦

在全掃描范圍自動聚焦和實時表面跟蹤。

對焦精度<0.2 um。

顯微鏡

用于樣品定位和成像100×,半復消色差物鏡

空間分辨率 < 2 μm

拉曼頻移范圍

80 ~ 9000 cm-1

樣品移動和掃描平臺

平移臺

掃描范圍大于300 × 300 mm2。

*小分辨率1 μm。

樣品臺

8吋吸氣臺(12吋可定制)

可兼容2、4、6、8吋晶圓片

光譜儀和探測器

光譜儀

焦長320 mm單色儀,接面陣探測器。

分辨率 < 2.0 cm-1。

軟件

控制軟件

可選擇區(qū)域或指*點位自動進行逐點光譜采集

Mapping數(shù)據(jù)分析軟件

可對光譜峰位、峰高和半高寬等進行擬合。

可自動擬合并計算應(yīng)力、晶化率、1載流子濃度等信息,樣品數(shù)據(jù)庫可定制。

主成分分析(PCA)和k-均值聚類處理模塊。

將擬合結(jié)果以二維圖像方式顯示。

· 上述表格中的激光波長、物鏡和單色儀等部件可以根據(jù)客戶需求調(diào)整。

 

應(yīng)用案例:

SPM300 激光共聚焦多模態(tài)半導體參數(shù)測試儀

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實測數(shù)據(jù)

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智能化軟件平臺和模塊化設(shè)計

· 統(tǒng)一的軟件平臺和模塊化設(shè)計
· 良好的適配不同的硬件設(shè)備:平移臺、顯微成像裝置、光譜采集設(shè)備、自動聚焦裝置等

· 成熟的功能化模塊:晶圓定位、光譜采集、掃描成像Mapping、3D層析,Raman Mapping,F(xiàn)LIM,PL Mapping,光電流Mapping等。

· 智能化的數(shù)據(jù)處理模組:與數(shù)據(jù)擬合、機器學習、人工智能等結(jié)合的在線或離線數(shù)據(jù)處理模組,將光譜解析為成分、元素的分布等,為客戶提供直觀的結(jié)果??筛鶕?jù)客戶需求定制光譜數(shù)據(jù)解析的流程和模組

· 可根據(jù)客戶需求進行定制化的界面設(shè)計和定制化的RECIPE流程設(shè)計,實現(xiàn)復雜的采集和數(shù)據(jù)處理功能。

顯微光譜成像控制軟件界面

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強大的光譜圖像數(shù)據(jù)處理軟件VISUALSPECTRA

顯示:針對光譜Mapping數(shù)據(jù)的處理,一次性操作,可對整個圖像數(shù)據(jù)中的每一條光譜按照設(shè)定進行批處理,獲得對應(yīng)的譜峰、壽命、成分等信息,并以偽彩色或3D圖進行顯示。

 

顯微光譜成像控制軟件界面

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3D顯示

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基礎(chǔ)處理功能:去本底、曲線平滑、去雜線、去除接譜臺階、光譜單位轉(zhuǎn)化

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進階功能:光譜歸一化、選區(qū)獲取積分、*大、*小、*大/*小值位置等

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譜峰擬合:采用多種峰形(高斯、洛倫茲、高斯洛倫茲等)對光譜進行多峰擬合,獲取峰強、峰寬、峰位、背景等信息。

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**功能:應(yīng)力擬合:針對Si、GaN、SiC等多種材料,從拉曼光譜中解析材料的應(yīng)力變化,直接獲得應(yīng)力定量數(shù)值,并可根據(jù)校正數(shù)據(jù)進行校正。

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**功能:應(yīng)力擬合:針對S1、GAN、SIC等多種材料,從拉曼光譜中解析材料的應(yīng)力變化,直接獲得應(yīng)力定量數(shù)值,并可根據(jù)校正數(shù)據(jù)進行校正。

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載流子濃度擬合

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晶化率擬合

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熒光壽命擬合

自主開發(fā)的一套時間相關(guān)單光子計數(shù)(TCSPC)熒光壽命的擬合算法,主要特色

1.從上升沿擬合光譜響應(yīng)函數(shù)(IRF),無需實驗獲取。

2.區(qū)別于簡單的指數(shù)擬合,通過光譜響應(yīng)函數(shù)卷積算法獲得每個組分的熒光壽命,光子數(shù)比例,計算評價函數(shù)和殘差,可扣除積分和響應(yīng)系統(tǒng)時間不確定度的影響,獲得更加穩(wěn)定可靠的壽命數(shù)值。

3.*多包含4個時間組分進行擬合。

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熒光壽命擬合

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主成分分析和聚類分析

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每個主成分的譜顯示

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主成分的分布圖

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主成分聚類處理和分析

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北京卓立漢光儀器有限公司

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