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卓立漢光SPM300半導體晶圓應力與載流子濃度檢測儀
產品概述
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*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*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)
卓立漢光SPM300半導體晶圓應力與載流子濃度檢測儀性能參數：
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*點位自動進行逐點光譜采集 |
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。 |
· 上述表格中的激光波長、物鏡和單色儀等部件可以根據客戶需求調整。
應用案例：
實測數據
智能化軟件平臺和模塊化設計
· 統一的軟件平臺和模塊化設計
· 良好的適配不同的硬件設備：平移臺、顯微成像裝置、光譜采集設備、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，FLIM，PL Mapping，光電流Mapping等。
· 智能化的數據處理模組：與數據擬合、機器學習、人工智能等結合的在線或離線數據處理模組，將光譜解析為成分、元素的分布等，為客戶提供直觀的結果。可根據客戶需求定制光譜數據解析的流程和模組
· 可根據客戶需求進行定制化的界面設計和定制化的RECIPE流程設計，實現復雜的采集和數據處理功能。
顯微光譜成像控制軟件界面
強大的光譜圖像數據處理軟件VISUALSPECTRA
顯示：針對光譜Mapping數據的處理，一次性操作，可對整個圖像數據中的每一條光譜按照設定進行批處理，獲得對應的譜峰、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
3D顯示
基礎處理功能:去本底、曲線平滑、去雜線、去除接譜臺階、光譜單位轉化
進階功能:光譜歸一化、選區獲取積分、*大、*小、*大/*小值位置等
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。
**功能:應力擬合:針對Si、GaN、SiC等多種材料,從拉曼光譜中解析材料的應力變化,直接獲得應力定量數值,并可根據校正數據進行校正。
**功能:應力擬合:針對S1、GAN、SIC等多種材料,從拉曼光譜中解析材料的應力變化,直接獲得應力定量數值,并可根據校正數據進行校正。
載流子濃度擬合
晶化率擬合
熒光壽命擬合
自主開發的一套時間相關單光子計數(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函數(IRF)，無需實驗獲取。
2.區別于簡單的指數擬合，通過光譜響應函數卷積算法獲得每個組分的熒光壽命，光子數比例，計算評價函數和殘差，可扣除積分和響應系統時間不確定度的影響，獲得更加穩定可靠的壽命數值。
3.*多包含4個時間組分進行擬合。
熒光壽命擬合
主成分分析和聚類分析
每個主成分的譜顯示
主成分的分布圖
主成分聚類處理和分析
