具体实施方式
根据电荷守恒定律,器件的输出电流总和等于输入电流总和,因此如果在导电体上设置若干电势位相等的输出端(即各输出端电势位相同),并在导电体上输入检测电流时,所有输出端的电流总和是一个定值。由于电流总是趋向于阻抗最小的路径,所以各输出端的电流大小取决于该输出端与检测点之间的电阻大小。当检测点的位置发生变化时,各输出端的电流大小也会发生相应变化,这种变化应当是相对应且唯一的,即在固定的检测点输入相同的检测电流,各输出端的输出电流应当是固定的,所述各输出端的输出电流与检测点的位置形成对应的关系。如果该检测点或者其邻界范围出现了缺陷,在输入相同的检测电流时,各输出端的输出电流就将改变,上述对应关系也随之发生变化。
基于上述原理,根据待测导电体的具体情况,提供了以下失效检测方法。
如图2所示,本发明所述的一种失效检测方法流程示意图,具体步骤包括:
S20、在待测导电体上设置至少两个输出端,且各输出端电势位相等;预先确定检测点在待测导电体上的排列路径;
作为优选方案,各输出端尽可能的均匀分布在待测导电体上。
S21、依次向所述待测导电体上沿预定路径排列的检测点输入恒定的检测电流;
作为优选方案,使用能量恒定的带电粒子束照射检测点作为检测电流源,所述带电粒子束可以为电子束也可以为离子束。
S22、检测各输出端的输出电流;基于各检测点的位置信息以及各输出端的输出电流信息,建立输出端输出电流与检测点位置之间的对应关系;
所述对应关系,可以是单个输出端的输出电流大小、变化率等关于检测点位置的变化曲线,也可是若干输出端的输出电流之间的差值、比值等关于检测点位置的变化曲线;可根据变化关系信息是否易于表示、数据采集是否便捷等具体需要,确定其表征含义。
S23、根据所述对应关系判定检测点是否存在缺陷。
以下为判定依据:
对于形状均匀、平滑过渡的导电体,如果检测点及其邻界范围内不存在缺陷,沿预定移动路径移动检测点的位置时,所述对应关系应当规律性变化,若在某一检测点处,对应关系发生不规则变化,则判定当前检测点或者其邻界范围内存在缺陷。
对于形状或材质存在突变的导电体,沿预定移动路径移动检测点的位置时,除在已知的形状或材质突变处之外,所述对应关系也应当规律性变化,若在某一非形状或材质突变的检测点处,对应关系发生不规则变化,则判定当前检测点或者其邻界范围内存在缺陷。
更进一步地,如果待检测的导电体是导线,上述情况将进一步简化。对于一维导线,只需要在两端设置接地的输出端,当保持输入的检测电流恒定,沿导线移动检测点的位置时,且假设导线上不存在缺陷,两输出端的输出电流关于检测点位置的对应关系基本是线性变化,推导过程见后续实施例,如果该对应关系出现突变可以直接判定检测点或者其邻界范围存在缺陷。
基于上述原理,如图3所示,本发明所述的另一种失效检测方法流程示意图,具体步骤包括:
S30、在导线的两端分别设置输出端,且输出端的电势位相等;预先确定检测点在导线上的排列路径;作为优选方案,可以将导线的两端直接接地,所述检测点的排列路径可以为从导线一端移动至另一端。
S31、依次向所述导线上沿预定路径排列的检测点输入恒定的检测电流;
作为优选方案,使用能量恒定的带电粒子束照射检测点作为检测电流源,所述带电粒子束可以为电子束也可以为离子束。
S32、检测各输出端的输出电流;基于各检测点的位置信息以及各输出端的输出电流信息,建立输出端输出电流与检测点位置之间的对应关系;
所述对应关系的具体表征含义根据需要选择,与前述的失效检测方法类似,此处不再赘述。
S33、根据所述对应关系判定检测点是否存在缺陷。
判定依据如下:
如果检测点及其邻界范围内不存在缺陷,沿预定移动路径移动检测点的位置时,所述对应关系应当线性变化,若在某一检测点处,对应关系发生不规则变化,则判定当前检测点或者其邻界范围内存在缺陷。
以上两种失效检测方法分别应对不同的失效检测需要。在实际的失效分析过程中,可根据被测器件具体情况灵活选择或者组合使用。比如在半导体领域进行失效分析时,由于半导体结构中的导电层、互连线、元器件等错综复杂,可以组合使用上述方法。对具体的半导体结构进行失效检测时,可以采用先检测区域节点、再检测互连线路、最后检测元器件的步骤,逐步缩小缺陷所在范围,以提高失效检测的准确性以及失效分析的效率。
下面结合具体实施例,对上述失效检测方法做进一步介绍。
如图4所示,为本发明所述失效检测方法第一实施例示意图。
其中,待测导电体为一块材质均匀但形状不规则的金属板,为简化情况以便推导说明,假设所述金属板总长为L,由长度为L1以及长度为L2(L2=L-L1)厚度不同的两部分组成,所述长度为L1的部分横截面积为S1,长度为L2的部分横截面积为S2;所述金属板的电阻率为ρ;将所述金属板的两端分别通过电流计A1以及电流计A2接地。
在失效检测时,使用恒定能量的带电粒子束照射金属板,并沿预先设定的移动路径,扫描金属板,同时记录两输出端的输出电流变化以及相应的带电粒子束照射位置。所述带电粒子束相当于电流大小为I的恒定电流源;两输出端的电流计A1以及A2所记录的输出电流分别为I1以及I2;照射点即检测点距离金属互连线连接电流计A1一端的距离为x;所述检测点将金属互连线分为长度为x的左侧部分以及长度为L-x的右侧部分,两部分的电阻分别为R1以及R2。
假设金属板长宽比较大,将其等效为一维导体,则存在以下关系式:
金属板单位长度的电阻为ρl=ρ/S;
R1+R2=ρL1/S1+ρ(L-L1)/S2=R;其中R为所述金属板的总电阻。
如图5所示,为上述实施例的等效电路图,相当于将金属板的两部分并联,检测点作为输入端输入电流I,则存在以下关系式:
;
假设金属板连接电流计A1的一端为原点,则检测点的位置坐标为x;将以上各关系式进行联立,容易建立输出电流I1以及I2关于检测点的位置坐标x的关系式,如下所示:
将以上关系式反映在坐标曲线上将得到两输出端的输出电流关于检测点位置的对应关系,所述对应曲线a、对应曲线b分别为两输出端电流大小关于检测点坐标的变化曲线,对应曲线c为两输出端电流的差值变化率关于检测点坐标的变化曲线,根据以上关系式可知各对应曲线应当为分段曲线,其中对应曲线a、对应曲线b的斜率分别为
而对应曲线c的曲线函数为
假设在金属板上坐标为x1以及x2两位置处存在缺陷,所述缺陷使得该处的电阻率只有ρ/2,为金属板正常部分的一半。则当带电粒子束按预定检测点的移动路径,沿金属板的一端向另一端进行扫描时,将得到如图6所示的坐标曲线图。
从图6可见,所述对应曲线a、对应曲线b以及对应曲线c均在坐标为x1、L1以及x2三位置处发生了突变,从以上关系式可推得在x1以及x2位置处各对应曲线的斜率为正常情况的两倍,而L1作为金属板已知的外形突变处,所以对应曲线在此位置的突变应当被排除,因此根据本发明所述失效检测方法,也能够容易并且直观地检测出缺陷的具体位置。
需要指出的是,虽然本实施例中,使用的对应曲线a、对应曲线b以及对应曲线c分别表征输出电流I1、输出电流I2,以及两输出电流差值(I2-I1)变化率与检测点位置x的对应关系;但在实际失效检测时,可以选择上述对应关系的任意一种,检测相应的输出端电流,便能够完成缺陷的检测查找,而并不需要检测所有输出端的情况。
如图7所示,为本发明所述失效检测方法第二实施例示意图。
其中,待测导电体为半导体器件中一段介质均匀的金属互连线,该段金属互连线长度为L,横截面积为S,金属电阻率为ρ。将所述金属互连线的两端分别通过电流计A1以及电流计A2接地。
在缺陷检测时,使用恒定能量的带电粒子束照射金属互连线,并沿预先设定的移动路径,扫描金属互连线,同时记录两输出端的输出电流变化以及相应的带电粒子束照射位置。所述带电粒子束相当于电流大小为I的恒定电流源;两输出端的电流计A1以及A2所记录的输出电流分别为I1以及I2;照射点即检测点距离金属互连线连接电流计A1一端的距离为x;所述检测点将金属互连线分为长度为x的左侧部分以及长度为L-x的右侧部分,两部分的电阻分别为R1以及R2。
则存在以下关系式:
金属互连线单位长度的电阻为ρl=ρ/S;
如图8所示,为本实施例的等效电路图,相当于将金属互连线的两部分并联,检测点作为输入端输入电流I,两端部的输出电流分别为I1以及I2,则存在以下关系式:
;
假设金属互连线连接电流计A1的一端为原点,则检测点的位置坐标为x;将以上各关系式进行联立,容易建立输出电流I1以及I2关于检测点的位置坐标x的关系式,如下所示:
将以上三种关系式反映在坐标曲线上将得到两输出端的输出电流关于检测点位置的对应关系,所述对应曲线a、对应曲线b分别为两输出端电流大小关于检测点坐标的变化曲线,对应曲线c为两输出端电流的差值变化率关于检测点坐标的变化曲线,根据以上关系式可知所述各对应曲线应当为直线,其中对应曲线a、对应曲线b的斜率分别为
而对应曲线c的曲线函数为
假设在金属互连线上坐标为x1以及x2两位置处存在缺陷,所述缺陷使得该处的电阻率只有ρ/2,为金属互连线的一半。则当带电粒子束按预定检测点的移动路径,沿金属互连线的一端向另一端进行扫描时,将得到如图9所示的坐标曲线图。
从图9可见,所述对应曲线a、对应曲线b、对应曲线c均在坐标为x1以及x2两位置发生了突变,而从以上关系式可推得该处位置各对应曲线的斜率为正常情况的两倍,因此根据本发明所述失效检测方法,能够容易并且直观地检测出缺陷的具体位置。与第一实施例相同,在实际失效检测时,可以选择上述的三条对应曲线所表征的对应关系的任意一种,并检测相应的输出端电流,完成金属互连线上缺陷的检测查找。
本发明基于上述失效检测方法,还提供了一种失效检测装置,适于检测导电体上的缺陷,所述待测导电体设有至少两个输出端,且所述输出端电势位相等,如图10所示,主要包括:
检测电流输入模块10,用于依次向待测导电体上沿预定路径排列的检测点输入检测电流;
若干输出电流检测模块20,用于检测所述输出端的输出电流;
分析模块30,基于各检测点的位置信息以及各输出端的输出电流信息,建立所述各输出端的输出电流关于检测点位置的对应关系,对待测导电体进行失效检测。
所述失效检测装置还包括还包括移动装置12以及承载台40;所述移动装置12用于改变带电粒子束发生器在待测导电体上的照射位置;所述承载台40用于承载固定待测导电体。
其中,检测电流输入模块包括带电粒子束发射器11,用于产生带电粒子束照射待测导电体。
移动装置12可以直接对准以及移动带电粒子束发射器11,而固定承载台40,使得带电粒子束发生器11能够扫描待测导电体;作为另一个可选方案,还可以将带电粒子束发射器11的固定,而移动装置12驱动待测导电体的承载台40,使得带电粒子束的照射位置在待测导电体上移动。
所述输出电流检测模块20包括电流计,所述电流计的一端连接待测导电体,另一端连接固定的电势位,可以是接地;由于电流计的内阻视为零,因此使得待测导电体各输出端的电势位相等。
分析模块30可以接收移动装置12产生的检测点位置信息,以及输出电流检测模块20产生的各输出端的输出电流信息,建立输出端的输出电流关于检测点位置的对应关系,对待测导电体进行失效检测;作为另一个可选方案,所述分析模块30还可以生成扫描路径,并通过控制移动装置12,使得带电粒子束发生器11按照所述扫描路径照射待测导电体,并通过输出电流检测模块20检测各输出端的输出电流,建立输出端的输出电流关于检测点位置的对应关系,对待测导电体进行失效检测。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定权利要求,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改,因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。