CN103500720B - 电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，公开了一电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构，包括第一、第二、第三灰阶度测试模块，分别包括具有第一、第二、第三灰阶度的金属连接通孔，基本涵盖了常规半导体器件中所涉及的具有不同扫描灰阶度的金属连接通孔结构，能够充分反应电子束缺陷扫描仪对待测晶圆中各类通孔结构的检测情况。本发明同时还提供了一基于上述测试结构的电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法，以在线产品晶圆作为测试晶圆，不同的电子束缺陷扫描仪采用相同的图片抓取程式，选取不同晶圆，分别收集扫描区域第一、第二、第三灰阶度信息并进行比较，从而实现对工艺线上各电子束缺陷扫描仪匹配度的监控。

Description

电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构及测试方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及半导体工艺中的用于缺陷检测的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构及测试方法。

背景技术

随着集成电路工艺的发展，特征尺寸持续按比例缩小，半导体工艺制造的复杂性也在不断提高。在这种发展趋势下，电子束缺陷扫描仪(E-Beamdefect scan tool)在半导体工艺中的应用也越来越广泛。目前，电子束缺陷检测技术是通过电子束缺陷扫描仪以精确聚焦的电子束来探测缺陷的检测手段。其检测过程为：1)通过高压产生电子束，照射晶片，激发出二次电子、背散射电子和俄歇电子等(主要为二次电子)；2)二次电子被探测器感情并传送至图像处理器；3)处理后形成放大图像。电子束缺陷检测技术作为捕捉晶片缺陷的检测手段之一，其分辨率极高，经常被用于检测通孔缺陷问题，特别是55nm及以下技术节点中，金属连接通孔的刻蚀不足缺陷、位错漏电缺陷、镍管道漏电缺陷等均需要通过电子束缺陷扫描仪进行检测和监控。

现有技术中，由于电子束缺陷扫描仪缺陷检测速率与一般工艺设备加工效率的差异化，半导体晶圆生产厂往往需要配置多台相同型号的电子束缺陷扫描仪对晶圆产品的缺陷问题进行检测。为了使不同电子束缺陷扫描仪所得到的检测数据具有可比性，需要长期对各机台的匹配度进行监控。目前长虹的监控电子束缺陷扫描仪匹配度的方法为：将标准晶圆在不同机台之间进行扫描，比较所得到的检测缺陷结果。然而，由于电子束缺陷扫描仪是通过电子束扫描成像的，对进行缺陷扫描的晶圆具有一定程度的破坏作用，即：电子束缺陷扫描仪进行的缺陷检测为带有一定损伤性的检测，因此，对同一标准晶圆进行多次重复扫描，会影响扫描结果的准确性。

图1为现有技术中电子束缺陷扫描仪扫描前后对比示意图。如图1所示，扫描区域110的灰阶度明显低于未扫描区域120的灰阶度，一般而言，扫描区域110的高灰阶度区域130a灰阶度可达240～250，低灰阶度区域140a灰阶度可达100～110；而未扫描区域120的高灰阶度区域130b灰阶度一般只有190～200，低灰阶度区域140b灰阶度也仅为80～90。由于电子束缺陷扫描仪的检测结果基本以灰阶度数据进行分析，待测的标准晶圆扫描前后的灰阶度差异，会使得先后进行扫描的电子束缺陷扫描仪扫描结果具有一定偏差，无法准确反应多台电子束缺陷扫描仪的匹配度，从而影响在线缺陷数据的可靠性和稳定性。

因此，如何准确、有效的在线监控多台相同型号电子束缺陷扫描仪匹配度，保证在线缺陷数据的可靠性和稳定性，是保障并提高大批量晶圆生产良率亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构及测试方法，能准确、有效的在线监控多台相同型号电子束缺陷扫描仪匹配度，保证在线缺陷数据的可靠性和稳定性，保障并提高大批量晶圆生产良率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构，置于在线产品晶圆上，包括一个或多个测试单元，各测试单元均包括第一灰阶度测试模块、第二灰阶度测试模块和第三灰阶度测试模块，所述第一、第二、第三灰阶度测试模块分别包括具有第一、第二、第三灰阶度的金属连接通孔。所述第一灰阶度测试模块包括PMOS或N掺杂阱区中器件有源区的金属连接通孔；所述第二灰阶度测试模块包括P掺杂阱区中有源器件区或NMOS有源区的金属连接通孔；所述第三灰阶度测试模块包括NMOS或P掺杂阱区中器件栅极的金属连接通孔。所述测试单元设于在线产品晶圆的非量产芯片位置。

作为可选择的技术方案，所述测试单元位于在线产品晶圆的切割道上。进一步地，所述测试单元为多个，均匀或不均匀分布在所述在线产品晶圆表面。

本发明还提供一电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法，步骤包括：

S1：在在线产品晶圆上建立电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构；

该测试结构包括一个或多个测试单元，各测试单元均包括第一灰阶度测试模块、第二灰阶度测试模块和第三灰阶度测试模块，所述第一、第二、第三灰阶度测试模块分别包括具有第一、第二、第三灰阶度的金属连接通孔。

S2：在金属通孔中的填充金属平坦化后，选用第一电子束缺陷扫描仪，以第一、第二、第三灰阶度测试模块为扫描区域，建立图片抓取程式，并进行扫描；

S3：将所述图片抓取程式复制到其他相同型号的电子束缺陷扫描仪上，分别选取不同的在线产品晶圆，对第一、第二、第三灰阶度测试模块进行扫描；

S4：提取各相同型号的电子束缺陷扫描仪的扫描数据进行比较，根据预设匹配度对各电子束缺陷扫描仪进行监控。

作为可选择的技术方案，所述第一灰阶度测试模块包括PMOS或N掺杂阱区中有源器件区的金属连接通孔；所述第二灰阶度测试模块包括P掺杂阱区中有源器件区或NMOS有源区的金属连接通孔；所述第三灰阶度测试模块包括NMOS或P掺杂阱区中器件栅极的金属连接通孔。

作为可选择的技术方案，所述测试单元位于在线产品晶圆的切割道上。进一步地，所述测试单元为多个，均匀或不均匀分布在所述在线产品晶圆表面。

作为可选择的技术方案，所述各电子束缺陷扫描仪均采用正电势工作条件，其对测试结构中部分或全部测试单元的第一、第二、第三灰阶度测试模块进行扫描，并提取扫描数据，根据灰阶度数据建立趋势图进行比较。

作为可选择的技术方案，预设的各电子束缺陷扫描仪匹配度为±15％。

本发明的优点在于，所提供的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构中，包括第一、第二、第三灰阶度测试模块，分别包括具有第一、第二、第三灰阶度的金属连接通孔，基本涵盖了常规半导体器件中所涉及的具有不同扫描灰阶度的金属连接通孔结构，能够充分反应电子束缺陷扫描仪对待测晶圆中各类通孔结构的检测情况。且包括上述各测试模块的测试单元，均匀或不均匀的分布在在线晶圆上，能够同时反应晶圆上不同位置工艺容差问题。本发明同时还提供了一基于上述测试结构的电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法，以在线产品晶圆作为测试晶圆，不同的电子束缺陷扫描仪采用相同的图片抓取程式，选取不同晶圆，分别收集扫描区域第一、第二、第三灰阶度信息并进行比较，从而实现对工艺线上各电子束缺陷扫描仪匹配度的监控。

与现有技术相比，本发明提供的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构及测试方法避免了二次或多次扫描产生的灰阶度差异，提高了各电子束缺陷扫描仪之间匹配度在线监控的准确性和有效性，能够保证在线缺陷数据的可靠性与稳定性，从而提高了大批量晶圆生产良率的保障。

附图说明

图1为现有技术中电子束缺陷扫描仪扫描前后对比示意图；

图2为本发明提供的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构示意图；

图3a、图3b、图3c分别为第一、第二、第三灰阶度测试模块结构示意图；

图4为待进行电子束缺陷扫描的半导体结构示意图；

图5为本发明提供的电子束缺陷扫描仪匹配测试结构中测试单元分布一具体实施方式示意图；

图6为本发明提供的电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法步骤流程图；

图7a、7b、7c分别为两台相同型号的电子束缺陷扫描仪第一灰阶度、第二灰阶度、第三灰阶度对比趋势图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

图2为本发明提供的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构示意图。

如图2所示，本具体实施方式中，电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构置于在线产品晶圆200上，包括一个或多个测试单元210。作为较佳实施方式，测试单元210为多个，且各测试单元210均包括第一灰阶度测试模块310、第二灰阶度测试模块320和第三灰阶度测试模块330。

图3a为第一灰阶度测试模块310结构示意图。

如图3a所示，第一灰阶度测试模块310包括具有第一灰阶度的金属连接通孔301。本具体实施方式中，第一灰阶度的金属连接通孔301为PMOS或N型掺杂阱区中器件有源区350的金属连接通孔301a/301b。

图3b为第二灰阶度测试模块320结构示意图。

如图3b所示，第二灰阶度测试模块320包括具有第二灰阶度的金属连接通孔302。本具体实施方式中，第二灰阶度的金属连接通孔302为P掺杂阱区中有源器件区或NMOS器件有源区340的金属连接通孔302。

图3c为第三灰阶度测试模块330结构示意图。

如图3c所示，第三灰阶度测试模块330包括具有第三灰阶度的金属连接通孔303。本具体实施方式中，第三灰阶度的金属连接通孔303为NMOS或P掺杂阱区中器件栅极360的金属连接通孔303。

一般而言，在线产品晶圆上，基本的半导体结构主要包括PMOS器件、NMOS器件、以及其他置于N掺杂阱区或P掺杂阱区中的有源/无源器件。其中，需要以电子束缺陷扫描仪进行缺陷扫描的，主要为实现PMOS、NMOS器件有源区及栅极电连接的金属连接通孔，此外，也可以包括位于N掺杂阱区或P掺杂阱区中的PN结等半导体结构的电连接金属通孔。

图4为待进行电子束缺陷扫描的半导体结构示意图。

如图4所示，在线产品晶圆上，电子束缺陷扫描仪的主要扫描对象包括：用于PMOS栅极、有源区电连接的第一灰阶度的金属连接通孔301a；用于N掺杂阱区中的P掺杂区350电连接的第一灰阶度的金属连接通孔301b；用于NMOS有源区或者P掺杂阱区中的N掺杂区340电连接的第二灰阶度的金属连接通孔302；用于NMOS器件栅极360电连接的第三灰阶度金属连接通孔303。由于上述各需进行缺陷扫描的金属连接通孔具有不同的灰阶度，即分别具有高、中、低灰阶度，因此，在对电子束缺陷扫描仪匹配度进行监控的过程中，需分别针对不同灰阶度的扫描对象进行测试。

本具体实施方式提供的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构中，第一灰阶度测试模块310中，仅包括第一灰阶度的金属连接通孔301a/301b；第二灰阶度测试模块320中，仅包括第二灰阶度的金属连接通孔302；第三灰阶度测试模块330中，仅包括第三灰阶度的金属连接通孔303。且上述第一、第二、第三测试模块310、320、330除金属连接通孔不同外，均采用相同的半导体结构和工艺加工条件实现，避免了由于结构或工艺不同引入的误差。且上述第一、第二、第三测试模块310、320、330在涵盖待扫描金属连接通孔类型的同时，保证了每一测试模块中扫描对象灰阶度的单一性，便于数据的提取和比较。作为可选实施例，第一、第二、第三测试模块310、320、330的半导体结构也可以不同。

作为可选实施方式，第一灰阶度的金属连接通孔301a/301b具有高灰阶度，扫描获取的灰阶度为180～220；第二灰阶度的金属连接通孔302具有中灰阶度，扫描获取的灰阶度为100～130；第三灰阶度的金属连接通孔303具有低灰阶度，扫描获取的灰阶度为30～60。上述参数为相应金属连接通孔进行电子束缺陷扫描得到的经验数据，为本领域技术人员所熟知，在此不作赘述。

作为最佳实施方式，上述测试单元210位于在线产品晶圆200的切割道上，即不占用设计的量产芯片位置，避免了对产品良率或产量带来的不利影响。作为可选实施例，上述测试单元210可置于在线产品晶圆200表面不对量产芯片结构造成影响的任何位置。

作为优选实施方式，本电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构包括多个测试单元210，均匀或不均匀的分布在所述在线产品晶圆200表面。

图5为本具体实施方式提供的电子束缺陷扫描仪匹配测试结构中测试单元210分布示意图。

如图5所示，作为最佳实施例，测试单元210置于在线产品200表面的500区域中，且位于在线产品晶圆200的切割道上。该测试单元210分布方式为半导体技术中惯常采用的13点缺陷检测方式，测试单元210较为均匀的分布在在线产品晶圆200的各个位置，能够较为直观的反应不同位置上电子束缺陷扫描仪的匹配度，综合考虑了在线产品晶圆200在工艺加工过程中，由于加工位置不同所带来的工艺容差。

需要指出的是，本具体实施方式提供的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构中，测试单元210中可包括一个或多个第一、第二、第三灰阶度测试模块310、320、330。当测试结构中包括三个或三个以上测试单元210时，每个测试单元210中可以仅包括单一灰阶度的测试模块，也可以包括两种或三种灰阶度测试模块，只需满足测试结构整体包括第一、第二、第三灰阶度测试模块310、320、330即可。

本具体实施方式提供的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构中，包括若干测试单元210，各测试单元210又包括第一、第二、第三灰阶度测试模块310、320、330，分别包括具有第一、第二、第三灰阶度的金属连接通孔301a/301b、302、303，基本涵盖了常规半导体器件中所涉及的具有不同扫描灰阶度的金属连接通孔结构，能够充分反应电子束缺陷扫描仪对待测晶圆中各类通孔结构的检测情况。且包括上述各测试模块的测试单元，均匀或不均匀的分布在在线晶圆200上，能够通过对不同位置的分别扫描避免工艺容差对匹配度监控带来的影响。此外，作为本领域技术人员熟知的工艺技术，本具体实施方式中所涉及的金属连接通孔填充的金属优选为钨或铜，也可以为其他可实现相同功能的金属填充。

本具体实施方式还提供一电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法。

图6为本发明提供的电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法步骤流程图。

如图6所示，本具体实施方式提供的电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法，包括以下步骤：

步骤S1：在在线产品晶圆200上建立电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构。

该步骤中，所建立的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构包括一个或多个测试单元210，各测试单元210均包括第一灰阶度测试模块310、第二灰阶度测试模块320和第三灰阶度测试模块330，所述第一、第二、第三灰阶度测试模块310、320、330分别包括具有第一、第二、第三灰阶度的金属连接通孔301a/301b、302、303。所建立的测试结构具体特征及可实现方式与本发明提供的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构相同，在此不作赘述。

步骤S2：在金属通孔中的填充金属平坦化后，选用第一电子束缺陷扫描仪，以第一、第二、第三灰阶度测试模块310、320、330为扫描区域，建立图片抓取程式，并进行扫描。

该步骤中，电子束缺陷扫描仪工作在金属通孔中的填充金属平坦化后。所选用的第一电子束缺陷扫描仪，为工艺线上若干相同型号电子束缺陷扫描仪中的任意一台，采用正电势工作条件进行扫描。

作为优选实施例，该第一电子束缺陷扫描仪的扫描区域包括测试结构中的所有测试单元210，即，包括测试结构中的所有第一、第二、第三灰阶度测试模块310、320、330。作为可选实施例，该第一电子束缺陷扫描仪的扫描区域，也可以仅包括测试结构中的部分测试单元210，即：仅对部分第一灰阶度测试模块310、部分第二灰阶度测试模块320和部分第三灰阶度测试模块330进行扫描。

步骤S3：将所述图片抓取程式复制到其他相同型号的电子束缺陷扫描仪上，分别选取不同的在线产品晶圆200，对第一、第二、第三灰阶度测试模块310、320、330进行扫描。

该步骤中，其他相同型号的电子束缺陷扫描仪均采用正电势工作条件，且采用与第一电子束缺陷扫描仪完全相同的图片抓取程式，即：对与步骤S2中进行扫描的第一、第二、第三灰阶度测试模块310、320、330位置相同的扫描区域中的第一、第二、第三灰阶度测试模块310、320、330进行扫描。需要注意的是，本具体实施方式中，不同电子束缺陷扫描仪，选取工艺线上同批次进行生产的不同在线产品晶圆200进行扫描，即：所选取的在线产品晶圆200，均仅进行一次电子束缺陷扫描，从而避免了重复扫描带来的误差影响。

步骤S4：提取各相同型号的电子束缺陷扫描仪的扫描数据进行比较，根据预设匹配度对各电子束缺陷扫描仪进行监控。

该步骤中，预设匹配度即为检测所能允许的各相同型号电子束缺陷扫描仪得到的扫描数据误差范围，作为可选实施方式，该预设匹配度范围为-15％～15％。

该步骤中，将各相同型号的电子束缺陷扫描仪提取的扫描数据，根据灰阶度数据建立趋势图进行比较。

图7a、7b、7c分别为两台相同型号的电子束缺陷扫描仪第一灰阶度、第二灰阶度、第三灰阶度对比趋势图。其中，位置一～位置十三即为附图6中所示的测试单元210分布位置，该实施例中，以第一灰阶度为高灰阶度，第二灰阶度为中灰阶度，第三灰阶度为低灰阶度。

如图7a、7b、7c所示，以对两台相同型号的电子束缺陷扫描仪匹配度进行监控为例，将其扫描数据建立趋势图，当两台电子束缺陷扫描仪相同灰阶度的扫描数据误差在预设匹配度范围内时，即满足工艺线检测要求，可正常工作使用；当两台电子束缺陷扫描仪相同灰阶度的扫描数据误差超出预设匹配度范围时，则需要进行校准或程序调整，直至其匹配度满足要求，方可继续工作。

本具体实施方式提供的电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法，以在线产品晶圆200作为测试晶圆，不同的电子束缺陷扫描仪采用相同的图片抓取程式，选取不同晶圆，分别收集扫描区域第一、第二、第三灰阶度信息并进行比较，从而实现对工艺线上各电子束缺陷扫描仪匹配度的监控。与现有技术相比，该测试方法避免了二次或多次扫描产生的灰阶度差异，提高了各电子束缺陷扫描仪之间匹配度在线监控的准确性和有效性，能够保证在线缺陷数据的可靠性与稳定性，从而提高了大批量晶圆生产良率的保障。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构，置于在线产品晶圆上，包括一个或多个测试单元，其特征在于，所述测试单元包括第一灰阶度测试模块、第二灰阶度测试模块和第三灰阶度测试模块，所述第一、第二、第三灰阶度测试模块分别包括具有第一、第二、第三灰阶度的金属连接通孔；其中，所述第一灰阶度测试模块包括PMOS或N掺杂阱区中器件有源区的金属连接通孔，所述第二灰阶度测试模块包括P掺杂阱区中有源器件区或NMOS有源区的金属连接通孔，所述第三灰阶度测试模块包括NMOS或P掺杂阱区中器件栅极的金属连接通孔；所述测试单元设于在线产品晶圆的非量产芯片位置。

2.根据权利要求1所述的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构，其特征在于，所述测试单元位于在线产品晶圆的切割道上。

3.根据权利要求1所述的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构，其特征在于，所述测试单元为多个，均匀或不均匀分布在所述在线产品晶圆表面。

4.一种电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法，步骤包括：

在在线产品晶圆上建立权利要求1～3中任意一项所述的电子束缺陷扫描仪匹配度测试结构；

在金属通孔中的填充金属平坦化后，选用第一电子束缺陷扫描仪，以第一、第二、第三灰阶度测试模块为扫描区域，建立图片抓取程式，并进行扫描；

将所述图片抓取程式复制到其他相同型号的电子束缺陷扫描仪上，分别选取不同的在线产品晶圆，对第一、第二、第三灰阶度测试模块进行扫描；

提取各相同型号的电子束缺陷扫描仪的扫描数据进行比较，根据预设匹配度对各电子束缺陷扫描仪进行监控。

5.根据权利要求4所述的电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法，其特征在于，所述各电子束缺陷扫描仪均采用正电势工作条件。

6.根据权利要求4所述的电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法，其特征在于，所述各相同型号的电子束缺陷扫描仪提取的扫描数据，根据灰阶度数据建立趋势图进行比较。

7.根据权利要求4所述的电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法，其特征在于，所述预设匹配度为-15％～15％。

8.根据权利要求4所述的电子束缺陷扫描仪匹配度测试方法，其特征在于，所述电子束缺陷扫描仪对测试结构中部分或全部测试单元的第一、第二、第三灰阶度测试模块进行扫描。