溫度是半導(dǎo)體加工中需要監(jiān)測和控制的關(guān)鍵參數(shù)。我們使用了一種超聲波技術(shù)，其中利用硅片中最低階反對稱蘭姆波速度的溫度依賴性在20-1OO中進(jìn)行原位溫度測量“C范圍。在幾乎所有的晶圓加工步驟中，晶圓上都有一層或多層薄膜。從理論和實(shí)驗上研究了這些薄膜對溫度靈敏度的影響。使用表面阻抗方法建立了蘭姆波在一般多層板中傳播的理論模型。該模型用于計算各向異性和薄膜對半導(dǎo)體晶片溫度系數(shù)的影響。計算預(yù)測，各向異性為23%的10cm（100）硅片的靈敏度為2.38E-5（1/“C）。砷化鎵的靈敏度為2.2E-5（1/2”C）和8.7%。半導(dǎo)體加工中常用的各種材料都考慮了薄膜效應(yīng)。薄膜材料的密度和剪切彈性常數(shù)被發(fā)現(xiàn)是確定靈敏度數(shù)字的有效參數(shù)。與頻率相關(guān)的靈敏度計算表明，通過在溫度測量中分別選擇1.6MHz-mni和3.3MHz-mm左右的頻率厚度乘積，可以最大限度地減少鋁和二氧化硅對硅片的影響。使用一個簡單的傳播模型，還計算了飛行時間靈敏度，并觀察到與快速熱處理器獲得的實(shí)驗數(shù)據(jù)非常一致。

超聲波晶片測溫法作為一種新的方法已經(jīng)在早期引入，具有一定的優(yōu)勢？超過現(xiàn)有技術(shù)。超聲波測溫原理圖如圖1所示。最低階反對稱蘭姆波（A0模式）由結(jié)合到石英支撐引腳的PZT-5H換能器產(chǎn)生和檢測。石英支撐引腳用于引導(dǎo)延伸波，該延伸波在石英引腳-晶片界面處形成的赫茲接觸處耦合到晶片中的A0模式。石英針的尖端是圓形和拋光的，以具有可重復(fù)的接觸。從飛行時間測量推斷出沿著連接發(fā)射器和接收器的路徑的平均晶片溫度。使用精確的時間間隔計數(shù)器，測量來自發(fā)射器尖端的回波信號中的過零點(diǎn)和接收信號中的特定過零點(diǎn)之間的時間延遲。由于A0模式的速度通過晶片材料的彈性常數(shù)取決于溫度，因此可以在許多不同的半導(dǎo)體處理步驟期間使用時間延遲來原位測量溫度。

與高溫計或橢圓偏振法等光學(xué)技術(shù)相比，超聲波測溫的主要優(yōu)點(diǎn)之一是超聲波對晶片上的薄膜不太敏感。這是一個重要的特性，因為在大多數(shù)半導(dǎo)體工藝過程中，不同種類的薄膜存在或生長在晶片上。使用高溫計的技術(shù)在很大程度上取決于發(fā)射率，而發(fā)射率是晶片上薄膜的一個強(qiáng)大函數(shù)。橢圓計只能與晶片上的透明薄膜一起使用，因此不適合使用金屬薄膜進(jìn)行測量。本文的目的是研究薄膜和半導(dǎo)體晶片的各向異性對iltrasonic測溫的影響。提出了一種利用表面阻抗法計算蘭姆波在各向異性層合板中傳播的理論方法。使用該模型的計算用于預(yù)測在晶片上存在各種薄膜的情況下超聲波測溫的溫度靈敏度。還討論了靈敏度圖的頻率相關(guān)性，并將其用于最小化薄膜的影響。然后將結(jié)果與在快速熱處理器中獲得的實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

當(dāng)一個或多個薄層沉積在相對較厚的板的表面上時。蘭姆波的相速度取決于層和板的材料特性。可以利用這種靈敏度來測量薄膜的厚度和特性。上一節(jié)中描述的算法用于計算半導(dǎo)體工藝中使用的常見薄膜結(jié)構(gòu)的A0模式的相速度。圖圖6顯示了不同類型薄膜在200kHz下0.5mm（100）硅片中A0模式隨薄膜厚度的相速度變化。在這個膜厚度范圍內(nèi)，變化是線性的，因為膜是硅板上的一個小擾動。對于密度接近硅且剪切常數(shù)c較低的鋁和二氧化硅，相速度隨膜厚度呈正斜率。對于比硅更硬的氮化硅，斜率為2.Xm/sec/pm，表明硬化效應(yīng)。在銅的情況下，由于高密度引起的負(fù)載，變化具有-0.6m/sec/pm的斜率。結(jié)果表明，在該范圍內(nèi)，薄膜的相對密度和剪切彈性常數(shù)cq4主導(dǎo)了相速度的變化。這可歸因于A0模式的剪切性質(zhì)，其主要是彎曲波。

提出了一種基于ttic表面irnpedilnce概念的理論模型，用于研究一般各向異性層狀板中的htigatc-Lanib波傳播。該模型用于計算溫度的影響。薄膜及其對相速度的冷影響。研究結(jié)果表明，對于sonle薄膜材料wch為二氧化硅和alunnlyl。通過對溫度測量頻率的特定選擇，可以使相速度靈敏度最小化。對于涉及100-200A厚度量級的非常薄的細(xì)絲的工藝，對于溫度在+I“C范圍內(nèi)的溫度，I'iInis的總體影響可以忽略。通過超聲測溫系統(tǒng)的一個簡單模型，實(shí)驗結(jié)果得到了高精度的預(yù)測。有可能將這些結(jié)果擴(kuò)展到更廣泛的應(yīng)用超聲溫度測量問題，如溫度層析成像。

為更好的服務(wù)客戶，華林科納特別成立了監(jiān)理團(tuán)隊，團(tuán)隊成員擁有多年半導(dǎo)體行業(yè)項目實(shí)施、監(jiān)督、控制、檢查經(jīng)驗，可對項目建設(shè)全過程或分階段進(jìn)行專業(yè)化管理與服務(wù)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量監(jiān)理，降本增效。利用仿真技術(shù)可對未來可能發(fā)生的情況進(jìn)行系統(tǒng)的、科學(xué)的、合理的推算，有效避免造成人力、物力的浪費(fèi)，助科研人員和技術(shù)工作者做出正確的決策，助力工程師應(yīng)對物理機(jī)械設(shè)計和耐受性制造中遇到的難題。

審核編輯 黃宇