一種漏電缺陷檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種漏電缺陷檢測方法,先利用正電荷模式的電壓對比度檢測得到具有高清晰度BVC的第一電壓對比度圖像，捕捉半導體樣品中潛在的漏電缺陷位置，再通過負電荷模式的電壓對比度檢測對BVC的位置再次掃描得到第二電壓對比度圖像，通過第二電壓對比度圖像的DVC對BVC進行篩選并得到準確的BVC分類，得到高純度高危險的漏電缺陷。
【專利說明】—種漏電缺陷檢測方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體可靠性分析方法，特別涉及一種漏電缺陷檢測方法。

【背景技術】
[0002]目前，半導體器件的可靠性分析方法種類繁多，其中，電壓對比度(VoltageContrast，VC)檢測方法己經(jīng)得到廣泛的應用。電壓對比度檢測方法通常使用掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy,SEM)對半導體器件的樣品進行電壓對比度檢測,其原理是通過聚焦電子束(E-beam))轟擊樣品表面激發(fā)二次電子，由于受轟擊處樣品的材料特性決定了產(chǎn)生的二次電子的電子數(shù)量，所以被轟擊處樣品的材料不同，其收集的二次電子的電子數(shù)量也不同，將二次電子的電子數(shù)量的多少表現(xiàn)為圖像亮度，從而通過觀察圖像亮度的形態(tài)來確定樣品是否有缺陷，比如:漏電缺陷(leakage defect)或者斷裂(open)。在電壓對比度檢測的具體操作過程中，聚焦電子束的加載能量(Landing Energy, LE)大小會影響逸出率σ (yield)，也就是被激發(fā)的二次電子的離開材料表面所帶走的逸出電子數(shù)量總和與聚焦電子束轟擊材料表面所帶來的入射電子數(shù)量的總和之間的比值，其曲線表現(xiàn)形式如圖1所示。對于一般的半導體材料而言，在聚焦電子束的加載能量范圍內(nèi)會存在兩個數(shù)值使yield=l,分別標記為El和E2。很容易理解，當yield=l時,表示逸出電子數(shù)量等于入射電子數(shù)量，則樣品的材料表面不帶電荷，表現(xiàn)為電中性，如果σ (yieldXl，表示逸出電子數(shù)量小于入射電子數(shù)量，相當于聚焦電子束的部分入射電子仍然停留在材料表面，則材料表面聚集負電荷，這時稱為負電荷模式(Negative mode);同理,如果σ (yield)>l,表示逸出電子數(shù)量大于入射電子數(shù)量，則材料表面聚集正電荷，這時稱為正電荷模式(Positivemode)。
[0003]無論正電荷模式還是負電荷模式的電壓對比度檢測，都是用聚焦電子束逐點轟擊半導體樣品表面，最終形成具有一定對比度的圖像，由不同位置的圖像亮度表示此處的材料性質(zhì)。在上述正電荷模式和負電荷模式兩種電壓對比度檢測模式下，發(fā)生漏電缺陷位置的圖像亮度的表現(xiàn)形式也完全不同，正電荷模式的電壓對比度檢測時，漏電缺陷通常表現(xiàn)為亮缺陷(Bright Voltage Contrast, BVC)，而在負電荷模式的電壓對比度檢測時，漏電缺陷通常表現(xiàn)為暗缺陷。業(yè)界普遍采用正電荷模式的電壓對比度檢測來檢測漏電缺陷，而不采用負電荷模式的電壓對比度檢測。這是因為在位于El和E2之間的正電荷模式條件下，聚焦電子束的LE大小適中，具有穩(wěn)定的且相對較低的電流和電壓，這種電壓對比度檢測條件較容易滿足，同時也可以得到圖像亮度清晰的BVC。而單一的負電荷模式的電壓對比度檢測需要更高的LE，才能得到穩(wěn)定的圖像亮度。實驗證明，負電荷模式的電壓對比度檢測雖然可以準確檢測高危險的漏電缺陷，但長時間的高電壓和高電流會使半導體器件的樣品表面積聚大量干擾電荷，最終使得圖像亮度模糊產(chǎn)生很大的噪音干擾。
[0004]采用正電荷模式的電壓對比度檢測的問題在于:由于漏電缺陷本身具有不同的產(chǎn)生機理，影響因素很多，例如:裝管(piping)和短路(short)等，而且其嚴重程度無法詳細量化，僅僅通過正電荷模式的電壓對比度檢測到的BVC，只能粗略判斷為該BVC位置可能產(chǎn)生了漏電缺陷，由于正電荷模式的電壓對比度檢測對漏電缺陷的判斷較為模糊，甚至有些BVC并不是真正的漏電缺陷，所以還需要通過其他半導體器件的可靠性分析方法，例如，失效分析(FA data confirm)的進一步判斷才能得到漏電缺陷的真假和嚴重程度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明解決的技術問題是:
[0006]僅通過正電荷模式的電壓對比度檢測漏電缺陷，無法排除其真假和篩選高風險的漏電缺陷。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的:
[0008]一種漏電缺陷檢測方法，提供一待測的半導體樣品，其特征在于，該方法包括:
[0009]首先采用第一聚焦電子束對所述半導體樣品進行正電荷模式的電壓對比度檢測，根據(jù)形成的第一電壓對比度圖像，記錄可能存在漏電缺陷的位置，在去除所述半導體樣品表面的正電荷后，再采用第二聚焦電子束對所述可能存在漏電缺陷的位置進行負電荷模式的電壓對比度檢測，根據(jù)形成的第二電壓對比度圖像篩選漏電缺陷。
[0010]所述第一聚焦電子束的能量范圍是逸出率大于I時對應的聚焦電子束的能量。
[0011]所述第二聚焦電子束的能量范圍是逸出率小于I時對應的聚焦電子束的能量。
[0012]所述去除所述半導體樣品表面的正電荷的方法為，利用電子束或二氧化碳CO2中和所述半導體樣品表面的正電荷。
[0013]所述可能存在漏電缺陷的位置是所述第一電壓對比度圖像的亮缺陷位置。
[0014]所述負電荷模式的電壓對比度檢測形成第二電壓對比度圖像，根據(jù)所述第二電壓對比度圖像中的暗缺陷篩選漏電缺陷。
[0015]所述負電荷模式的電壓對比度檢測是逐一對所述亮缺陷位置進行二次掃描。
[0016]所述篩選漏電缺陷的方法是將所述第二電壓對比度圖像的暗缺陷作為漏電缺陷。
[0017]所述第一聚焦電子束的加載能量范圍是300?1000電子伏特。
[0018]所述第二聚焦電子束的加載能量范圍是2000-2500電子伏特。
[0019]由上述的技術方案可見，本發(fā)明提供了一種漏電缺陷檢測方法，該方法先利用正電荷模式的電壓對比度檢測得到具有高清晰度BVC的第一電壓對比度圖像，捕捉半導體樣品中潛在的漏電缺陷位置，再通過負電荷模式的電壓對比度檢測對BVC的位置再次掃描得到第二電壓對比度圖像，通過第二電壓對比度圖像的DVC對BVC進行篩選并得到準確的BVC分類，得到高純度高危險的漏電缺陷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有技術逸出率σ曲線圖；
[0021]圖2為本發(fā)明漏電缺陷檢測方法的步驟流程圖。

【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術方案、及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0023]本發(fā)明提出一種漏電缺陷檢測方法，具體步驟如圖2所示，該方法能夠精確檢測半導體樣品中高風險漏電缺陷，本具體實施例中，作為電壓對比度檢測的檢測對象的半導體樣品具體為CT WCMP layer，通過電壓對比度檢測篩選出CT WCMP layer中的高風險漏電缺陷。
[0024]步驟101、正電荷模式的電壓對比度檢測半導體樣品，形成第一電壓對比度圖像，利用第一電壓對比度圖像中的亮缺陷(BVC)確定漏電缺陷可能存在的位置。
[0025]本步驟中，采用第一聚焦電子束(E beam)的正電荷模式的電壓對比度檢測半導體樣品的方法和步驟為現(xiàn)有技術，不再贅述。需要注意的是，本發(fā)明中第一聚焦電子束的加載能量范圍是300?1000電子伏特(eV)，例如，300電子伏特，600電子伏特或1000電子伏特。在正電荷模式的電壓對比度檢測所得的第一電壓對比度圖像中的亮缺陷(Bright VoltageContrast, BVC)表示半導體樣品中漏電缺陷可能存在的位置，標記第一電壓對比度圖像中亮缺陷的位置，也就確定了半導體樣品中漏電缺陷可能存在的位置。
[0026]步驟102、去除半導體樣品表面的電荷。
[0027]由于步驟101的正電荷模式的電壓對比度檢測會使半導體樣品的表面呈現(xiàn)正電性，所以本步驟采用電子或者二氧化碳氣體中和半導體樣品表面的正電荷，具體的，用電子束掃描半導體樣品表面或者將二氧化碳氣體吹到半導體樣品表面。本步驟之后，半導體樣品表面呈現(xiàn)電中性，從而為步驟103負電荷模式的電壓對比度檢測做準備。
[0028]步驟103、對漏電缺陷可能存在的位置進行負電荷模式的電壓對比度檢測，形成第二電壓對比度圖像。
[0029]本步驟中，負電荷模式的電壓對比度檢測采用第二聚焦電子束對部分半導體樣品表面進行掃描，具體的，第二聚焦電子束逐一對步驟101中確定的半導體樣品表面的BVC位置進行二次掃描。第二聚焦電子束的加載能量范圍是2000-2500電子伏特，例如，2000電子伏特，2300電子伏特或者2500電子伏特。
[0030]需要注意的是，雖然負電荷模式的電壓對比度檢測需要更高的LE，但因為本步驟僅對BVC位置的半導體樣品表面進行負電荷模式的電壓對比度檢測，大大減小了聚焦電子束對半導體樣品表面進行轟擊的時間，避免了長時間的高電壓和高電流在半導體器件的樣品表面積聚大量干擾電荷，不會產(chǎn)生很大的噪音干擾，所以最終得到的第二電壓對比度圖像具有穩(wěn)定的圖像亮度。在本步驟的負電荷模式的電壓對比度檢測中，只有高危險的漏電缺陷才會表現(xiàn)為DVC，也就是相對于正常的MOS結構中的正常圖像具有相反的亮度，而低危險的漏電缺陷卻不會出現(xiàn)DVC。
[0031]步驟104、通過逐一對比，對第二電壓對比度圖像進行分類，篩選出高危的漏電缺陷。
[0032]本步驟中，將第二電壓對比度圖像中的暗缺陷確定為高危風險的漏電缺陷。
[0033]實驗證明，采用先正電荷模式的電壓對比度檢測步驟初步定位半導體樣品中可能存在漏電缺陷的位置，也就是第一電壓對比度圖像中的BVC，然后除去半導體樣品表面的多余電荷后，再用負電荷模式的電壓對比度檢測，對第一電壓對比度圖像中的BVC所在位置進行掃描，形成具有DVC的第二電壓對比度圖像，只有同時是BVC又是DVC的位置才是高危風險的漏電缺陷。這種綜合兩種模式的電壓對比度檢測方法能夠過濾掉大約80%的低風險漏電缺陷，從而通過兩次篩選最終得到高危高風險的漏電缺陷。
[0034]從上述具體實施例可見，本發(fā)明揭示了一種正電荷模式和負電荷模式的電壓對比度檢測相結合的漏電缺陷檢測方法，該方法能夠準確地檢測高危高風險漏電缺陷。利用正電荷模式的電壓對比度檢測使得機臺能夠應用相對較低的電壓得到具有高清晰度BVC的第一電壓對比度圖像，捕捉半導體樣品中潛在的漏電缺陷位置，再通過負電荷模式的電壓對比度檢測對BVC的位置再次掃描得到第二電壓對比度圖像，通過第二電壓對比度圖像的DVC對BVC進行篩選并得到準確的BVC分類，得到高純度高危險的漏電缺陷。
[0035]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種漏電缺陷檢測方法，提供一待測的半導體樣品，其特征在于，該方法包括: 首先采用第一聚焦電子束對所述半導體樣品進行正電荷模式的電壓對比度檢測，根據(jù)形成的第一電壓對比度圖像，記錄可能存在漏電缺陷的位置，在去除所述半導體樣品表面的正電荷后，再采用第二聚焦電子束對所述可能存在漏電缺陷的位置進行負電荷模式的電壓對比度檢測，根據(jù)形成的第二電壓對比度圖像篩選漏電缺陷。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一聚焦電子束的能量范圍是逸出率大于I時對應的聚焦電子束的能量。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二聚焦電子束的能量范圍是逸出率小于I時對應的聚焦電子束的能量。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除所述半導體樣品表面的正電荷的方法為，利用電子束或二氧化碳CO2中和所述半導體樣品表面的正電荷。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述可能存在漏電缺陷的位置是所述第一電壓對比度圖像的亮缺陷位置。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述負電荷模式的電壓對比度檢測形成第二電壓對比度圖像，根據(jù)所述第二電壓對比度圖像中的暗缺陷篩選漏電缺陷。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述負電荷模式的電壓對比度檢測是逐一對所述亮缺陷位置進行二次掃描。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述篩選漏電缺陷的方法是將所述第二電壓對比度圖像的暗缺陷作為漏電缺陷。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一聚焦電子束的加載能量范圍是300?1000電子伏特。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二聚焦電子束的加載能量范圍是2000-2500電子伏特。
【文檔編號】G01R31/02GK104237719SQ201310242074
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月18日 優(yōu)先權日:2013年6月18日
【發(fā)明者】趙寧, 吳浩, 田唯磊, 戴騰, 任保軍 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司