半導(dǎo)體器件缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法，根據(jù)二維圖形中器件的電路特征，對(duì)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確分類，并確定每個(gè)器件結(jié)構(gòu)的位置信息，隨后利用這些信息，在缺陷檢測(cè)過(guò)程中對(duì)應(yīng)到檢測(cè)區(qū)域，以快速、準(zhǔn)確獲得檢測(cè)區(qū)域內(nèi)不同器件結(jié)構(gòu)缺陷類型的數(shù)量及每個(gè)缺陷的具體位置，以便于對(duì)器件失效及其形成原因進(jìn)行判斷和準(zhǔn)確分析。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體器件缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種按照半導(dǎo)體器件圖形特征進(jìn)行缺 陷光學(xué)檢測(cè)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 先進(jìn)的集成電路制造工藝一般都包含幾百步的工序，任何環(huán)節(jié)的微小錯(cuò)誤都將導(dǎo) 致整個(gè)芯片的失效，特別是隨著電路關(guān)鍵尺寸的不斷縮小，其對(duì)工藝控制的要求就越嚴(yán)格， 所以在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中為能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題都需要配置有高靈敏度光學(xué)缺陷檢測(cè) 設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行在線檢測(cè)。
[0003] 現(xiàn)有缺陷檢測(cè)的基本工作原理是將芯片上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換化成為由不同亮暗灰 階表示的數(shù)據(jù)圖像，圖1表示為將一個(gè)光學(xué)顯微鏡下獲得的圖像轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)圖像特征的 過(guò)程，再通過(guò)相鄰芯片上的數(shù)據(jù)圖像特征的比較來(lái)檢測(cè)有異常的缺陷所在位置，然后再通 過(guò)電子顯微鏡對(duì)缺陷的形貌和位置進(jìn)行具體的分析。可見(jiàn)，這樣的檢測(cè)方法非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
[0004] 另一方面，芯片上對(duì)缺陷最敏感區(qū)域是如圖2所示的靜態(tài)存儲(chǔ)器，從圖上可以看 到其電路的密度是非常高的，而且器件的分布呈周期性地重復(fù)排布，根據(jù)材質(zhì)和圖形可以 分為有源區(qū)、柵極區(qū)和氧化層隔離區(qū)。如圖3所示，當(dāng)缺陷分別位于器件對(duì)應(yīng)的上述3種位 置時(shí)，其對(duì)芯片最終的電學(xué)性能的影響是不同的，例如當(dāng)缺陷位于氧化隔離層上時(shí)，其對(duì)器 件的性能影響是非常有限的，而當(dāng)缺陷位于有柵極上面時(shí)，則其可能造成器件開(kāi)啟的失效。 另一方面，缺陷在器件上的位置分布也可以指向其形成的不同的原因，如果缺陷只分布在 柵極上，那么可能與柵極圖形的定義工藝有關(guān)。
[0005] 因此，如果在線的光學(xué)缺陷檢測(cè)能夠根據(jù)缺陷在靜態(tài)存儲(chǔ)器上面的位置進(jìn)行快 速、準(zhǔn)確而全面的分類，可以對(duì)器件失效模式的研究和缺陷的成因分析帶來(lái)極大的便利，從 而使技術(shù)人員可以有針對(duì)性地對(duì)制造工藝進(jìn)行改善。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法， 用來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法對(duì)光學(xué)缺陷準(zhǔn)確全面分類的問(wèn)題，提高光學(xué)檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確率。
[0007] 本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法包括以下步驟：
[0008] 步驟S01，提供具有至少一種器件的待檢測(cè)晶圓，通過(guò)電子顯微鏡，獲得具有該晶 圓中每種器件需檢測(cè)區(qū)域輪廓的二維輪廓圖形；
[0009] 步驟S02,在該二維圖形上分別標(biāo)定該器件需檢測(cè)區(qū)域的器件種類及位置信息；
[0010] 步驟S03,通過(guò)光學(xué)缺陷檢測(cè)設(shè)備，根據(jù)該二維輪廓圖形上的器件種類及位置信 息，獲得具有該晶圓中每種器件需檢測(cè)區(qū)域的光學(xué)二維灰階圖形，該光學(xué)二維灰階圖形顯 示不同灰階圖以表示該晶圓中不同器件需檢測(cè)區(qū)域，即使得該光學(xué)二維灰階圖形上每種灰 階圖與該器件的位置相對(duì)應(yīng)；
[0011] 步驟S04,判斷該光學(xué)二維灰階圖形中的每個(gè)灰階圖中是否存在色斑，若存在，則 記為缺陷，并獲得該缺陷所屬的器件類型；
[0012] 步驟S05,計(jì)算得到每種器件的缺陷總量。
[0013] 進(jìn)一步地，步驟S04包括判斷該光學(xué)二維灰階圖形中的每個(gè)灰階圖中是否存在兩 種以上灰階。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟S04包括判斷該光學(xué)二維灰階圖形中的每個(gè)灰階圖中是否存在與 同類型器件灰階圖色差大于預(yù)設(shè)值的色斑。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟S04包括將待檢測(cè)晶圓與預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)晶圓或相鄰晶圓的光學(xué)二維灰 階圖形比較，判斷每個(gè)灰階圖中是否存在色斑。
[0016] 進(jìn)一步地，步驟S03還包括根據(jù)器件種類，選擇該光學(xué)缺陷檢測(cè)設(shè)備的光源，以使 得獲得的光學(xué)二維灰階圖形上每種器件顯示不同灰階圖。
[0017] 進(jìn)一步地，該檢測(cè)區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)存儲(chǔ)器，該器件結(jié)構(gòu)包括有源區(qū)、柵極 區(qū)和氧化層隔離區(qū)。
[0018] 進(jìn)一步地，該電子顯微鏡為掃描電鏡。
[0019] 本發(fā)明的半導(dǎo)體器件缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法，可以根據(jù)電子顯微鏡拍攝的晶圓二維 圖形中器件的電路特征，對(duì)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確分類，并確定每個(gè)器件結(jié)構(gòu)的位置信息，隨后 利用這些信息，在光學(xué)缺陷檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行缺陷檢測(cè)過(guò)程中對(duì)應(yīng)到檢測(cè)區(qū)域，對(duì)檢測(cè)到的缺 陷所屬進(jìn)行定位，以快速、準(zhǔn)確獲得檢測(cè)區(qū)域內(nèi)不同器件結(jié)構(gòu)缺陷類型的數(shù)量及每個(gè)缺陷 的具體位置，以便于對(duì)器件失效及其形成原因進(jìn)行判斷和準(zhǔn)確分析。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 為能更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí) 施例進(jìn)行詳細(xì)描述，其中：
[0021] 圖1是現(xiàn)有電路光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)灰階圖像的示意圖；
[0022] 圖2是現(xiàn)有靜態(tài)存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)電路示意圖；
[0023] 圖3是缺陷分別位于器件上不同電路結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0024] 圖4是本發(fā)明缺陷光學(xué)檢測(cè)方法的流程示意圖；
[0025] 圖5是本發(fā)明一實(shí)施例中的電子顯微鏡照片；
[0026] 圖6是本發(fā)明一實(shí)施例中的光學(xué)二維灰階圖形示意圖；
[0027] 圖7是本發(fā)明一實(shí)施例中的缺陷在晶圓上的分布示意圖；
[0028] 圖8是本發(fā)明一實(shí)施例中的缺陷數(shù)量在晶圓上的分布圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 請(qǐng)參閱圖4,本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法包括以下步驟：
[0030] 步驟S01，提供具有至少一種器件的待檢測(cè)晶圓，通過(guò)電子顯微鏡，獲得具有該晶 圓中每種器件需檢測(cè)區(qū)域輪廓的二維輪廓圖形，如圖5所示，該二維圖形較佳地能顯示出 每個(gè)器件結(jié)構(gòu)的輪廓。由于芯片上每個(gè)器件結(jié)構(gòu)、層次所用材料有所不同，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電 子顯微鏡的焦距、靈敏度等參數(shù)獲得具有清晰器件結(jié)構(gòu)輪廓的二維圖形；
[0031] 步驟S02,在該二維圖形上分別標(biāo)定該器件需檢測(cè)區(qū)域的器件種類及位置信息，如 圖5所示，本實(shí)施例的檢測(cè)區(qū)域包括有源區(qū)、柵極區(qū)以及氧化層隔離區(qū)，其中，本步驟可以 由本領(lǐng)域技術(shù)人員簡(jiǎn)單標(biāo)定完成；
[0032] 步驟S03,通過(guò)光學(xué)缺陷檢測(cè)設(shè)備，根據(jù)該二維輪廓圖形上的器件種類及位置信 息，獲得具有該晶圓中每種器件需檢測(cè)區(qū)域的光學(xué)二維灰階圖形，該光學(xué)二維灰階圖形顯 示不同灰階圖以表示該晶圓中不同器件需檢測(cè)區(qū)域，即使得該光學(xué)二維灰階圖形上每種灰 階圖與該器件的位置相對(duì)應(yīng)，如圖6所示，黑色定義為氧化層隔離區(qū)，白色定義為柵極區(qū)， 灰色定義為有源區(qū)；
[0033] 步驟S04,判斷該光學(xué)二維灰階圖形中的每個(gè)灰階圖中是否存在色斑，若存在，則 記為缺陷，并獲得該缺陷所屬的器件類型；
[0034] 步驟S05,計(jì)算得到每種器件的缺陷總量。
[0035] 通過(guò)本發(fā)明的光學(xué)檢測(cè)方法，可以根據(jù)電子顯微鏡拍攝的晶圓二維圖形中器件的 電路特征，對(duì)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確分類，并確定每個(gè)器件結(jié)構(gòu)的位置信息，隨后利用這些信 息，在光學(xué)缺陷檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行缺陷檢測(cè)過(guò)程中對(duì)應(yīng)到檢測(cè)區(qū)域，對(duì)檢測(cè)到的缺陷所屬進(jìn)行 定位，以快速、準(zhǔn)確獲得檢測(cè)區(qū)域內(nèi)不同器件結(jié)構(gòu)缺陷類型的數(shù)量及每個(gè)缺陷的具體位置， 以便于對(duì)器件失效及其形成原因進(jìn)行判斷和準(zhǔn)確分析。
[0036] 請(qǐng)接著參閱圖7、圖8,通過(guò)本實(shí)施例的檢測(cè)，得到晶圓上三種器件結(jié)構(gòu)的缺陷分 布示意圖，如圖7所示，通過(guò)統(tǒng)計(jì)三種缺陷的數(shù)量，得到圖8所示的分布圖，可以看到，缺陷 在該檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的分布沒(méi)有圖形相關(guān)的特征，可以排除柵極圖形定義工藝的缺陷，同時(shí)，大 多數(shù)缺陷位于器件的氧化層隔離區(qū)，因此，分析總的缺陷對(duì)最終器件電學(xué)性能的影響應(yīng)會(huì) 小 50%。
[0037] 在本實(shí)施例中，步驟S04的比較可采用現(xiàn)有技術(shù)，較佳地，包括以下幾種方式： a.判斷該光學(xué)二維灰階圖形中的每個(gè)灰階圖中是否存在兩種以上灰階；b.判斷該光學(xué)二 維灰階圖形中的每個(gè)灰階圖中是否存在與同類型器件灰階圖色差大于預(yù)設(shè)值的色斑（如 黑色灰階圖中的白點(diǎn)，灰階色差大于預(yù)設(shè)的30%) ;c.將待檢測(cè)晶圓與預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)晶圓或相 鄰晶圓的光學(xué)二維灰階圖形比較，判斷每個(gè)灰階圖中是否存在色斑。當(dāng)然，對(duì)比的前提是標(biāo) 準(zhǔn)圖形與待測(cè)圖形顯示的是同一個(gè)芯片區(qū)域。其中，該預(yù)設(shè)值可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。
[0038] 在實(shí)際應(yīng)用中，即使是相同結(jié)構(gòu)在不同的檢測(cè)光源（如不同的波長(zhǎng)）下，可以呈現(xiàn) 不同的灰階分布，因此，步驟S03還可包括：根據(jù)器件種類，選擇該光學(xué)缺陷檢測(cè)設(shè)備的光 源，以使得獲得的光學(xué)二維灰階圖形上每種器件顯示不同灰階圖，從而使不同種類的器件 得以區(qū)分開(kāi)。
[0039] 在本實(shí)施例中，所述的器件結(jié)構(gòu)包括有源區(qū)、柵極區(qū)和氧化層隔離區(qū)三種，檢測(cè)區(qū) 域包括一個(gè)靜態(tài)存儲(chǔ)器內(nèi)的多個(gè)器件，在其他實(shí)施例中，根據(jù)需檢測(cè)晶圓的不同情況，可以 檢測(cè)不同的器件結(jié)構(gòu)，但檢測(cè)方法仍在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)，在此不再贅述。
[0040] 在本實(shí)施例中，步驟S01所用的電子顯微鏡可以是掃描電鏡，但是其他能反映出 晶圓檢測(cè)區(qū)域內(nèi)器件結(jié)構(gòu)輪廓的圖像，也屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體器件缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法，其特征在于，其包括以下步驟： 步驟S01，提供具有至少一種器件的待檢測(cè)晶圓，通過(guò)電子顯微鏡，獲得具有該晶圓中 每種器件需檢測(cè)區(qū)域輪廓的二維輪廓圖形； 步驟S02,在該二維圖形上分別標(biāo)定該器件需檢測(cè)區(qū)域的器件種類及位置信息； 步驟S03,通過(guò)光學(xué)缺陷檢測(cè)設(shè)備，根據(jù)該二維輪廓圖形上的器件種類及位置信息，獲 得具有該晶圓中每種器件需檢測(cè)區(qū)域的光學(xué)二維灰階圖形，該光學(xué)二維灰階圖形顯示不同 灰階圖以表示該晶圓中不同器件需檢測(cè)區(qū)域，即使得該光學(xué)二維灰階圖形上每種灰階圖與 該器件的位置相對(duì)應(yīng)； 步驟S04,判斷該光學(xué)二維灰階圖形中的每個(gè)灰階圖中是否存在色斑，若存在，則記為 缺陷，并獲得該缺陷所屬的器件類型； 步驟S05,計(jì)算得到每種器件的缺陷總量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)檢測(cè)方法，其特征在于：步驟S04包括判斷該光學(xué)二維 灰階圖形中的每個(gè)灰階圖中是否存在兩種以上灰階。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)檢測(cè)方法，其特征在于：步驟S04包括判斷該光學(xué)二維 灰階圖形中的每個(gè)灰階圖中是否存在與同類型器件灰階圖色差大于預(yù)設(shè)值的色斑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)檢測(cè)方法，其特征在于：步驟S04包括將待檢測(cè)晶圓與 預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)晶圓或相鄰晶圓的光學(xué)二維灰階圖形比較，判斷每個(gè)灰階圖中是否存在色斑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的光學(xué)檢測(cè)方法，其特征在于：步驟S03還包括根 據(jù)器件種類，選擇該光學(xué)缺陷檢測(cè)設(shè)備的光源，以使得獲得的光學(xué)二維灰階圖形上每種器 件顯示不同灰階圖。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)檢測(cè)方法，其特征在于：該檢測(cè)區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)靜 態(tài)存儲(chǔ)器，該器件結(jié)構(gòu)包括有源區(qū)、柵極區(qū)和氧化層隔離區(qū)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)檢測(cè)方法，其特征在于：該電子顯微鏡為掃描電鏡。
【文檔編號(hào)】H01L21/66GK104122272SQ201410377459
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】倪棋梁, 陳宏璘, 龍吟 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司