半導體器件缺陷的光學檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導體器件缺陷的光學檢測方法，根據(jù)二維圖形中器件的電路特征，對器件結(jié)構(gòu)進行準確分類，并確定每個器件結(jié)構(gòu)的位置信息，隨后利用這些信息，在缺陷檢測過程中對應到檢測區(qū)域，以快速、準確獲得檢測區(qū)域內(nèi)不同器件結(jié)構(gòu)缺陷類型的數(shù)量及每個缺陷的具體位置，以便于對器件失效及其形成原因進行判斷和準確分析。
【專利說明】半導體器件缺陷的光學檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種按照半導體器件圖形特征進行缺 陷光學檢測的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 先進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)的微小錯誤都將導 致整個芯片的失效，特別是隨著電路關(guān)鍵尺寸的不斷縮小，其對工藝控制的要求就越嚴格， 所以在實際的生產(chǎn)過程中為能及時發(fā)現(xiàn)和解決問題都需要配置有高靈敏度光學缺陷檢測 設(shè)備對產(chǎn)品進行在線檢測。
[0003] 現(xiàn)有缺陷檢測的基本工作原理是將芯片上的光學圖像轉(zhuǎn)換化成為由不同亮暗灰 階表示的數(shù)據(jù)圖像，圖1表示為將一個光學顯微鏡下獲得的圖像轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)圖像特征的 過程，再通過相鄰芯片上的數(shù)據(jù)圖像特征的比較來檢測有異常的缺陷所在位置，然后再通 過電子顯微鏡對缺陷的形貌和位置進行具體的分析?？梢?，這樣的檢測方法非常費時費力。
[0004] 另一方面，芯片上對缺陷最敏感區(qū)域是如圖2所示的靜態(tài)存儲器，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，當缺陷分別位于器件對應的上述3種位 置時，其對芯片最終的電學性能的影響是不同的，例如當缺陷位于氧化隔離層上時，其對器 件的性能影響是非常有限的，而當缺陷位于有柵極上面時，則其可能造成器件開啟的失效。 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，如果在線的光學缺陷檢測能夠根據(jù)缺陷在靜態(tài)存儲器上面的位置進行快 速、準確而全面的分類，可以對器件失效模式的研究和缺陷的成因分析帶來極大的便利，從 而使技術(shù)人員可以有針對性地對制造工藝進行改善。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種半導體器件缺陷的光學檢測方法， 用來解決現(xiàn)有技術(shù)無法對光學缺陷準確全面分類的問題，提高光學檢測的效率和準確率。
[0007] 本發(fā)明提供的半導體器件缺陷的光學檢測方法包括以下步驟：
[0008] 步驟S01，提供具有至少一種器件的待檢測晶圓，通過電子顯微鏡，獲得具有該晶 圓中每種器件需檢測區(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定該器件需檢測區(qū)域的器件種類及位置信息；
[0010] 步驟S03,通過光學缺陷檢測設(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區(qū)域的光學二維灰階圖形，該光學二維灰階圖形顯 示不同灰階圖以表示該晶圓中不同器件需檢測區(qū)域，即使得該光學二維灰階圖形上每種灰 階圖與該器件的位置相對應；
[0011] 步驟S04,判斷該光學二維灰階圖形中的每個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,計算得到每種器件的缺陷總量。
[0013] 進一步地，步驟S04包括判斷該光學二維灰階圖形中的每個灰階圖中是否存在兩 種以上灰階。
[0014] 進一步地，步驟S04包括判斷該光學二維灰階圖形中的每個灰階圖中是否存在與 同類型器件灰階圖色差大于預設(shè)值的色斑。
[0015] 進一步地，步驟S04包括將待檢測晶圓與預設(shè)標準晶圓或相鄰晶圓的光學二維灰 階圖形比較，判斷每個灰階圖中是否存在色斑。
[0016] 進一步地，步驟S03還包括根據(jù)器件種類，選擇該光學缺陷檢測設(shè)備的光源，以使 得獲得的光學二維灰階圖形上每種器件顯示不同灰階圖。
[0017] 進一步地，該檢測區(qū)域包括一個或多個靜態(tài)存儲器，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] 進一步地，該電子顯微鏡為掃描電鏡。
[0019] 本發(fā)明的半導體器件缺陷的光學檢測方法，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，對器件結(jié)構(gòu)進行準確分類，并確定每個器件結(jié)構(gòu)的位置信息，隨后 利用這些信息，在光學缺陷檢測設(shè)備進行缺陷檢測過程中對應到檢測區(qū)域，對檢測到的缺 陷所屬進行定位，以快速、準確獲得檢測區(qū)域內(nèi)不同器件結(jié)構(gòu)缺陷類型的數(shù)量及每個缺陷 的具體位置，以便于對器件失效及其形成原因進行判斷和準確分析。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 為能更清楚理解本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)點，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實 施例進行詳細描述，其中：
[0021] 圖1是現(xiàn)有電路光學圖像轉(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)存儲器的設(shè)計電路示意圖；
[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)明缺陷光學檢測方法的流程示意圖；
[0025] 圖5是本發(fā)明一實施例中的電子顯微鏡照片；
[0026] 圖6是本發(fā)明一實施例中的光學二維灰階圖形示意圖；
[0027] 圖7是本發(fā)明一實施例中的缺陷在晶圓上的分布示意圖；
[0028] 圖8是本發(fā)明一實施例中的缺陷數(shù)量在晶圓上的分布圖。
【具體實施方式】
[0029] 請參閱圖4,本實施例的半導體器件缺陷的光學檢測方法包括以下步驟：
[0030] 步驟S01，提供具有至少一種器件的待檢測晶圓，通過電子顯微鏡，獲得具有該晶 圓中每種器件需檢測區(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 每個器件結(jié)構(gòu)的輪廓。由于芯片上每個器件結(jié)構(gòu)、層次所用材料有所不同，可以通過調(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定該器件需檢測區(qū)域的器件種類及位置信息，如 圖5所示，本實施例的檢測區(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)人員簡單標定完成；
[0032] 步驟S03,通過光學缺陷檢測設(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區(qū)域的光學二維灰階圖形，該光學二維灰階圖形顯 示不同灰階圖以表示該晶圓中不同器件需檢測區(qū)域，即使得該光學二維灰階圖形上每種灰 階圖與該器件的位置相對應，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,判斷該光學二維灰階圖形中的每個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,計算得到每種器件的缺陷總量。
[0035] 通過本發(fā)明的光學檢測方法，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，對器件結(jié)構(gòu)進行準確分類，并確定每個器件結(jié)構(gòu)的位置信息，隨后利用這些信 息，在光學缺陷檢測設(shè)備進行缺陷檢測過程中對應到檢測區(qū)域，對檢測到的缺陷所屬進行 定位，以快速、準確獲得檢測區(qū)域內(nèi)不同器件結(jié)構(gòu)缺陷類型的數(shù)量及每個缺陷的具體位置， 以便于對器件失效及其形成原因進行判斷和準確分析。
[0036] 請接著參閱圖7、圖8,通過本實施例的檢測，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，通過統(tǒng)計三種缺陷的數(shù)量，得到圖8所示的分布圖，可以看到，缺陷 在該檢測區(qū)域內(nèi)的分布沒有圖形相關(guān)的特征，可以排除柵極圖形定義工藝的缺陷，同時，大 多數(shù)缺陷位于器件的氧化層隔離區(qū)，因此，分析總的缺陷對最終器件電學性能的影響應會 小 50%。
[0037] 在本實施例中，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.判斷該光學二維灰階圖形中的每個灰階圖中是否存在兩種以上灰階；b.判斷該光學二 維灰階圖形中的每個灰階圖中是否存在與同類型器件灰階圖色差大于預設(shè)值的色斑（如 黑色灰階圖中的白點，灰階色差大于預設(shè)的30%) ;c.將待檢測晶圓與預設(shè)標準晶圓或相 鄰晶圓的光學二維灰階圖形比較，判斷每個灰階圖中是否存在色斑。當然，對比的前提是標 準圖形與待測圖形顯示的是同一個芯片區(qū)域。其中，該預設(shè)值可根據(jù)需要進行調(diào)整。
[0038] 在實際應用中，即使是相同結(jié)構(gòu)在不同的檢測光源（如不同的波長）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，選擇該光學缺陷檢測設(shè)備的光 源，以使得獲得的光學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。
[0039] 在本實施例中，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，檢測區(qū) 域包括一個靜態(tài)存儲器內(nèi)的多個器件，在其他實施例中，根據(jù)需檢測晶圓的不同情況，可以 檢測不同的器件結(jié)構(gòu)，但檢測方法仍在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)，在此不再贅述。
[0040] 在本實施例中，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)明保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導體器件缺陷的光學檢測方法，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晶圓，通過電子顯微鏡，獲得具有該晶圓中 每種器件需檢測區(qū)域輪廓的二維輪廓圖形； 步驟S02,在該二維圖形上分別標定該器件需檢測區(qū)域的器件種類及位置信息； 步驟S03,通過光學缺陷檢測設(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區(qū)域的光學二維灰階圖形，該光學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區(qū)域，即使得該光學二維灰階圖形上每種灰階圖與 該器件的位置相對應； 步驟S04,判斷該光學二維灰階圖形中的每個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所述的光學檢測方法，其特征在于：步驟S04包括判斷該光學二維 灰階圖形中的每個灰階圖中是否存在兩種以上灰階。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學檢測方法，其特征在于：步驟S04包括判斷該光學二維 灰階圖形中的每個灰階圖中是否存在與同類型器件灰階圖色差大于預設(shè)值的色斑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學檢測方法，其特征在于：步驟S04包括將待檢測晶圓與 預設(shè)標準晶圓或相鄰晶圓的光學二維灰階圖形比較，判斷每個灰階圖中是否存在色斑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的光學檢測方法，其特征在于：步驟S03還包括根 據(jù)器件種類，選擇該光學缺陷檢測設(shè)備的光源，以使得獲得的光學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所述的光學檢測方法，其特征在于：該檢測區(qū)域包括一個或多個靜 態(tài)存儲器，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所述的光學檢測方法，其特征在于：該電子顯微鏡為掃描電鏡。
【文檔編號】H01L21/66GK104122272SQ201410377459
【公開日】2014年10月29日 申請日期: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 申請人:上海華力微電子有限公司