溫度是半導體加工中需要監測和控制的關鍵參數。我們使用了一種超聲波技術，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體晶片溫度系數的影響。計算預測，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%。半導體加工中常用的各種材料都考慮了薄膜效應。薄膜材料的密度和剪切彈性常數被發現是確定靈敏度數字的有效參數。與頻率相關的靈敏度計算表明，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驗數據非常一致。

超聲波晶片測溫法作為一種新的方法已經在早期引入，具有一定的優勢？超過現有技術。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）由結合到石英支撐引腳的PZT-5H換能器產生和檢測。石英支撐引腳用于引導延伸波，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，以具有可重復的接觸。從飛行時間測量推斷出沿著連接發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器，測量來自發射器尖端的回波信號中的過零點和接收信號中的特定過零點之間的時間延遲。由于A0模式的速度通過晶片材料的彈性常數取決于溫度，因此可以在許多不同的半導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技術相比，超聲波測溫的主要優點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，因為在大多數半導體工藝過程中，不同種類的薄膜存在或生長在晶片上。使用高溫計的技術在很大程度上取決于發射率，而發射率是晶片上薄膜的一個強大函數。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行測量。本文的目的是研究薄膜和半導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性，并將其用于最小化薄膜的影響。然后將結果與在快速熱處理器中獲得的實驗數據進行比較。

當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。上一節中描述的算法用于計算半導體工藝中使用的常見薄膜結構的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，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。在銅的情況下，由于高密度引起的負載，變化具有-0.6m/sec/pm的斜率。結果表明，在該范圍內，薄膜的相對密度和剪切彈性常數cq4主導了相速度的變化。這可歸因于A0模式的剪切性質，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絲的工藝，對于溫度在+I“C范圍內的溫度，I'iInis的總體影響可以忽略。通過超聲測溫系統的一個簡單模型，實驗結果得到了高精度的預測。有可能將這些結果擴展到更廣泛的應用超聲溫度測量問題，如溫度層析成像。

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審核編輯 黃宇