一種避免電子束掃描過程中產生電弧放電的缺陷檢測方法與流程

2024-03-29 07:39:05

本發明涉及集成電路缺陷檢測技術領域，更具體地，涉及一種在進行連接孔刻蝕不足缺陷檢測時可避免電子束掃描過程中產生電弧放電效應的缺陷檢測方法。

背景技術：

隨著集成電路工藝的發展，半導體工藝也越來越複雜，越來越多的新工藝被引入，比如金屬阻擋層工藝。而新工藝的引入也同時帶來了新的問題，比如金屬阻擋層工藝相關的連接孔刻蝕不足缺陷就是其中之一。為了檢測此類缺陷，必須應用電子束掃描儀進行掃描。

請參閱圖1，圖1是金屬阻擋層工藝在連接孔刻蝕後形成的電容示意圖。如圖1所示，對晶圓10進行金屬阻擋層工藝時，金屬阻擋層11與IMD(層間介質)12和前層金屬13組成的電容效應，將使得晶圓在缺陷掃描過程中，表面聚集大量電荷而產生電弧放電效應。

電弧放電將導致晶圓損傷。如圖2a-圖2b所示，其分別顯示電子束掃描過程中電弧放電對晶圓的破壞所產生的缺陷分布圖與缺陷圖片。

請參閱圖3，圖3是導致電弧放電的電子束掃描儀與晶圓間高電勢差示意圖。如圖3所示，發生電弧放電的原因是，電子束掃描儀14的電極板15與晶圓10表面之間的電勢差(0-U)過大。由電容公式：

Q＝UC (1)

可以推斷，在較大的電容C條件下，電壓U越大，則晶圓表面可以聚集的電荷數量Q就越多。而一旦其超出一定水平，則晶圓表面的電弧將發生電弧放電效應。

這一問題如果得不到解決，不但檢測不到相應的缺陷問題，更會對晶圓產生破壞效果。然而應用傳統的方法無法克服這一問題，必須進行創新。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種避免電子束掃描過程中產生電弧放電的缺陷檢測方法，可以避免連接孔刻蝕工藝後需要進行電子束掃描而產生的電弧放電效應，並可以有效檢測連接孔斷路缺陷，為良率提升建立數據指標。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種避免電子束掃描過程中產生電弧放電的缺陷檢測方法，包括以下步驟：

步驟S01：提供經連接孔刻蝕後的晶圓，將所述晶圓傳送到電子束掃描儀的掃描腔體中，並進行對準；

步驟S02：通過測試確定使晶圓表面保持穩定電勢時的缺陷掃描條件；

步驟S03：對晶圓表面進行預掃描，並施加形成穩定電勢，以提升晶圓表面的電勢，降低晶圓表面與電子束掃描儀電極板之間的電勢差；

步驟S04：選擇掃描區域，在晶圓表面保持穩定電勢狀態下進行缺陷檢測。

優選地，步驟S01中，所述晶圓表面自上而下具有形成電容效應的金屬阻擋層、層間介質和前層金屬。

優選地，步驟S02中，所述使晶圓表面保持穩定電勢時的缺陷掃描條件是使晶圓表面整體影像保持均勻穩定狀態時的對應掃描能量。

優選地，針對特定產品以及特定工藝層的晶圓，需要分別測試其表面電勢穩定時的掃描能量。

優選地，步驟S03中，預掃描時所需的能量標準是保持晶圓表面的電勢穩定，即保證晶圓表面影像的均勻穩定。

優選地，步驟S03中，進行預掃描時，在使晶圓保持穩定電勢的狀態下，通過調整缺陷掃描條件，以確定最優化的缺陷掃描條件。

優選地，進行預掃描時，在對晶圓施加穩定電勢後，以所述最優化的缺陷掃描條件對其進行缺陷掃描，檢查晶圓表面影像產生偏差的時間點，並記錄，以測試晶圓保持穩定電勢的時間。

優選地，步驟S03和步驟S04中，當晶圓表面發生電勢不穩定時，通過預掃描步驟的重複執行，使其再次達到穩定狀態。

優選地，還包括步驟S05：對發現的連接孔刻蝕缺陷進行觀察。

從上述技術方案可以看出，本發明通過採用預掃描方式將晶圓表面電勢加以提升，以降低缺陷掃描時晶圓表面與掃描儀電極板之間的電勢差，從而可緩解晶圓表面電荷大量聚集的效應，有效避免電弧放電的發生，並可順利檢測連接孔斷路缺陷；本發明通過應用在線監控的方法，為缺陷的解決提供了數據指標，並為工藝窗口優化提供了數據參考，從而為半導體在線製造與良率提升提供了有力保障。

附圖說明

圖1是金屬阻擋層工藝在連接孔刻蝕後形成的電容示意圖；

圖2a-2b是電子束掃描過程中電弧放電對晶圓的破壞所產生的缺陷分布圖與缺陷圖片；

圖3是導致電弧放電的電子束掃描儀與晶圓間高電勢差示意圖；

圖4是本發明一實施例的一種避免電子束掃描過程中產生電弧放電的缺陷檢測方法流程圖；

圖5a-圖5b是晶圓表面電壓處於不飽和狀態與飽和狀態示意圖；

圖6a-圖6b是避免電弧放電後連接孔刻蝕不足缺陷檢測分布圖與缺陷圖片。

具體實施方式

本發明應用了如下技術原理，即通過採用預掃描方式將晶圓表面電勢加以提升，以降低缺陷掃描時晶圓表面與掃描儀電極板之間的電勢差，從而可緩解晶圓表面電荷大量聚集的效應，有效避免電弧放電的發生，並可順利檢測連接孔斷路缺陷。

下面結合附圖，對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

需要說明的是，在下述的具體實施方式中，在詳述本發明的實施方式時，為了清楚地表示本發明的結構以便於說明，特對附圖中的結構不依照一般比例繪圖，並進行了局部放大、變形及簡化處理，因此，應避免以此作為對本發明的限定來加以理解。

在以下本發明的具體實施方式中，請參閱圖4，圖4是本發明一實施例的一種避免電子束掃描過程中產生電弧放電的缺陷檢測方法流程圖。如圖4所示，本發明的一種避免電子束掃描過程中產生電弧放電的缺陷檢測方法，包括以下步驟：

執行步驟S01：提供經連接孔刻蝕後的晶圓，將所述晶圓傳送到電子束掃描儀的掃描腔體中，並進行對準。

請參閱圖1。經連接孔刻蝕後，在所述晶圓表面上自上而下形成了金屬阻擋層、層間介質(IMD)和前層金屬，並形成電容效應。

執行步驟S02：通過測試確定使晶圓表面保持穩定電勢時的缺陷掃描條件。

使晶圓表面保持穩定電勢時的缺陷掃描條件是使晶圓表面整體影像保持均勻穩定狀態時的對應掃描能量。只有晶圓表面整體電勢保持穩定，其表面的影像才會均勻穩定，即其判斷標準是使得晶圓表面的整體影像均勻穩定。

請參閱圖5a-圖5b，圖5a-圖5b是晶圓表面電壓處於不飽和狀態與飽和狀態示意圖。如圖5a所示，針對某一特定產品或特定工藝層的晶圓，當對其施加100ev的掃描能量時，晶圓表面的電壓處於-10v至-25v的不飽和狀態，即其處於電勢不穩定的狀態，則無法形成均勻穩定的整體影像。如圖5b所示，當對晶圓施加8ev的掃描能量時，晶圓表面的電壓處於-8v的飽和狀態，即其處於電勢穩定的狀態，可形成均勻穩定的整體影像。

因此，在進行測試時，針對所準備的特定產品以及特定工藝層的晶圓，需要分別測試其表面電勢穩定時的掃描能量。比如針對55納米客制化產品V1M2ASI的晶圓，需要單獨測試其表面能夠保持穩定電勢的條件，而不可採用與其他產品相同的掃描能量。

執行步驟S03：對晶圓表面進行預掃描，並施加形成穩定電勢，以提升晶圓表面的電勢，降低晶圓表面與電子束掃描儀電極板之間的電勢差。

預掃描時，所需的掃描能量標準是保持晶圓表面的電勢穩定，即保證晶圓表面影像的均勻穩定。在此基礎上，在使晶圓保持穩定電勢的狀態下，通過調整缺陷掃描條件，可以確定最優化的缺陷掃描條件。

然後，在對晶圓施加穩定電勢後，以確定出的上述最優化的缺陷掃描條件，對晶圓表面進行缺陷掃描，檢查晶圓表面影像產生偏差的時間點，並記錄下此時間點，用以測試晶圓保持穩定電勢時的時間。

執行步驟S04：選擇掃描區域，在晶圓表面保持穩定電勢狀態下進行缺陷檢測。

經過預掃描、確定出最優化的缺陷掃描條件以及統計出在該條件下保持穩定電勢時缺陷掃描的時間後，即可對晶圓表面開始正式的缺陷掃描。

進行缺陷掃描時，根據前述的最優化的缺陷掃描條件，選擇出與之相應的合適掃描區域，保證其在表面電勢保持穩定狀態下、此掃描區域可以有充足的時間完成缺陷檢測。

在執行步驟S03和步驟S04的過程中，當晶圓表面發生電勢不穩定的狀況時，可通過預掃描步驟的重複執行，使其再次達到穩定狀態，並再次執行缺陷檢測過程。

通過缺陷掃描，即可得到晶圓表面完整的缺陷掃描圖像(影像)，從而可繼續執行：

步驟S05：對發現的連接孔刻蝕缺陷進行觀察。

請參閱圖6a-圖6b，圖6a-圖6b是避免電弧放電後連接孔刻蝕不足缺陷檢測分布圖與缺陷圖片。如圖6a所示，其顯示針對55納米客制化產品V1M2ASI的某一晶圓，應用上述方法掃描得到的晶圓表面存在的連接孔刻蝕不足缺陷掃描影像；圖6b顯示了晶圓表面一局部位置處的連接孔刻蝕不足缺陷圖片。

綜上所述，本發明通過採用預掃描方式將晶圓表面電勢加以提升，以降低缺陷掃描時晶圓表面與掃描儀電極板之間的電勢差，從而可緩解晶圓表面電荷大量聚集的效應，有效避免電弧放電的發生，並可順利檢測連接孔斷路缺陷。本發明通過應用在線監控的方法，為缺陷的解決提供了數據指標，並為工藝窗口優化提供了數據參考，從而為半導體在線製造與良率提升提供了有力保障。

以上所述的僅為本發明的優選實施例，所述實施例並非用以限制本發明的專利保護範圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護範圍內。