[新启航]采用 FCVD (流体 CVD) 方法完成填充后的 3D 轮廓测量 - 白光干涉仪

摘要：本文研究白光干涉仪在流体 CVD（FCVD）填充后的 3D 轮廓测量中的应用，分析其工作原理及适配 FCVD 填充特征的技术优势，通过实际案例验证测量精度，为 FCVD 填充工艺的质量控制与器件性能优化提供技术支持。

关键词：白光干涉仪；流体 CVD（FCVD）；填充；3D 轮廓测量

一、引言

流体 CVD（FCVD）作为一种新型化学气相沉积技术，凭借流体前驱体的高润湿性与均匀性，在高深宽比结构填充中展现出显著优势，广泛应用于半导体 interconnects、封装凸点等领域。FCVD 填充后的 3D 轮廓（如填充高度、台阶覆盖率、表面平整度）直接影响器件的电学性能与可靠性。由于填充结构常伴随微小气泡、凹陷等缺陷，且材料多为金属或介电质，传统测量方法易受表面反光或结构遮蔽影响。白光干涉仪凭借非接触、高分辨率及多材料适配性，成为 FCVD 填充后 3D 轮廓测量的理想工具。

二、测量原理与方法

白光干涉仪基于低相干干涉技术实现三维形貌重构。测量时，宽带白光经分光后形成参考光与测量光，测量光投射至 FCVD 填充表面，填充层顶部、界面及基底的反射光与参考光在探测器处产生干涉条纹。通过纵向扫描系统（扫描步长 0.05nm）调节光程差，结合材料反射率校正算法，可区分不同介质界面的信号差异，精确计算填充高度（填充高度 = 顶部高度 - 基底高度）；对于内部缺陷，采用相位对比分析技术识别干涉条纹的异常波动，实现气泡直径（分辨率≤500nm）、凹陷深度（精度 ±2nm）等参数的量化，同步完成表面与亚表面轮廓的三维测量。

三、技术优势

3.1 多材料兼容性

FCVD 填充材料涵盖铜、钨、氧化硅等，白光干涉仪通过调节光源偏振态与曝光参数，可适配不同材料的反光特性（如金属的高镜面反射、介电质的漫反射），确保在铜填充的 interconnects 或氧化硅隔离结构中均能保持稳定的测量精度（高度偏差＜3nm）。

3.2 微缺陷检测能力

针对 FCVD 填充易产生的微小气泡（直径 1-5μm）与表面凹陷，白光干涉仪通过高灵敏度相位解算（相位分辨率 0.01π），可识别深度仅 1nm 的凹陷与体积＞0.1μm³ 的气泡，较传统光学显微镜的缺陷检测极限提升 10 倍以上，满足先进制程对填充完整性的要求（缺陷密度需＜0.1 个 /mm²）。

3.3 高效全域表征

支持 1mm×1mm 的单次扫描范围，结合快速拼接算法，可在 5 分钟内完成 6 英寸晶圆上 FCVD 填充结构的全域测量，同步获取填充均匀性（偏差＜1%）、表面粗糙度（Ra 分辨率 0.01nm）等参数，测量效率较原子力显微镜提升 8 倍，适配量产阶段的快速工艺验证需求。

四、应用实例

某半导体厂对 FCVD 铜填充的高深宽比沟槽（深宽比 10:1，深度 5μm）进行检测，采用白光干涉仪配置 50× 物镜与多材料测量模式。结果显示：填充高度 4.98±0.03μm，台阶覆盖率 98.5%，局部区域因前驱体流量波动出现直径 2μm 的气泡与 3nm 深的表面凹陷。基于测量数据调整 FCVD 反应温度与压力后，填充均匀性提升至 99.8%，缺陷密度降至 0.05 个 /mm²， interconnects 的电阻偏差缩小至 ±2%。

五、结语

白光干涉仪为 FCVD 填充后的 3D 轮廓测量提供了精准高效的解决方案，其多材料兼容性、微缺陷高精度检测能力及全域表征特性，可有效支撑 FCVD 工艺的参数优化与质量管控，助力提升半导体器件的性能稳定性与制造良率。

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（以上数据为新启航实测结果）

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