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SPM300

SPM300半導體晶圓應力& 載流子濃度測試系統

拉曼光譜作為一種非破壞性檢測技術，能夠高靈敏度地檢測材料中的應力狀態。其原理基于光與材料內化學鍵的相互作用，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、空間分辨率高等優勢，特別適用于半導體材料的應力檢測。

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產品概述

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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力。這些應力可分為張應力和壓應力，分別對應拉伸和壓縮作用。適當的應力有助于提升器件性能，例如在硅晶體中引入張應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，能夠高靈敏度地檢測材料中的應力狀態。其原理基于光與材料內化學鍵的相互作用，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、空間分辨率高等優勢，特別適用于半導體材料的應力檢測。

什么是拉曼光譜測試？

拉曼光譜是一種基于光與物質相互作用的非破壞性分析技術，主要用于研究材料的分子振動、旋轉和其他低頻模式。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生非彈性散射，導致散射光的頻率發生變化，這種現象被稱為拉曼散射。

拉曼光譜通過檢測這些頻率變化，提供關于樣品分子結構、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。由于不同物質的拉曼光譜具有獨特的特征，因此被稱為物質的“化學指紋”，可用于快速識別和區分不同材料。

此外，拉曼光譜在檢測材料應力和應變方面也具有獨特優勢。材料中的應力會導致晶格結構的變化，從而引起拉曼譜峰的位置和形狀發生變化。通過分析這些變化，可以非破壞性地評估材料的應力狀態。

應力的來源與檢測方法

應力是指材料內部由于外力或溫度變化等因素引起的內力，通常以單位面積上的力來表示。根據作用方式，應力可分為：

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

壓應力：使材料沿某方向縮短的應力。在某些情況下，壓應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，都會引入應力。適當的應力有助于提升器件性能，但過大的應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):通過測量晶格常數的變化來計算應力。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力。該方法具有非接觸、無損、快速、空間分辨率高等優點，適用于在線監測和微區分析。

在半導體材料應力檢測中的應用

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

單晶硅和多晶硅的應力檢測

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

當材料內部存在應力時，晶格常數發生變化，導致拉曼譜峰發生位移：張應力（拉應力）：使晶格常數增大，拉曼譜峰向低波數方向移動。

壓應力：使晶格常數減小，拉曼譜峰向高波數方向移動。

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

拉曼光譜與應變硅材料

應變硅(STRAINED SILICON)技術通過在硅材料中引入應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:

引入張應變：在硅中引入拉伸應力，增大電子遷移率。

引入壓應變：在硅中引入壓縮應力，增大空穴遷移率。

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

在多種半導體檢測中的拓展應用

拉曼光譜作為一種非破壞性、高靈敏度的分析技術，已在半導體領域得到廣泛應用，除應力檢測外，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，檢測雜質和污染物的存在，從而確保材料質量。

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，可以評估材料的結晶度，判斷其晶體質量。

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。

產品特性和核心技術：

· 激光自動聚焦

· 自主研制的激光輔助離焦量傳感器:

可在紫外激發光照射樣品并采集熒光信號的同時工作，實現自動聚焦和表面跟蹤。

· 紫外暗場照明。

· 標配波長275nm紫外激發光，可按用戶要求定制其它波長發光

· 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據處理軟件，全軟件操作。

· 相關國家標準:

《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外延片缺陷的無損檢測識別判據第3部分:缺陷的光致發光檢測方法》(2023年12月28日發布，2024年7月1日實施)

性能參數：

拉曼激發和收集模塊	激發波長	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。
樣品移動和掃描平臺	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	可選擇區域或指定點位自動進行逐點光譜采集
軟件	Mapping數據分析軟件	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力、晶化率、1載流子濃度等信息，樣品數據庫可定制。主成分分析（PCA）和k-均值聚類處理模塊。將擬合結果以二維圖像方式顯示。