CN103545230B - 监控电子束扫描仪缺陷检出率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种监控电子束扫描仪缺陷检出率的方法，包括如下步骤：在CMOS晶圆的第一区域建立至少一测试单元，测试单元包括NMOS区和PMOS区；在NMOS区形成多个NMOS阻断缺陷；以电子束扫描仪扫描测试单元以检测NMOS阻断缺陷，并记录其检出率；更换下一枚CMOS晶圆，重复进行以上步骤。该监控方法更加准确可靠，利于在半导体行业领域内推广。

Description

监控电子束扫描仪缺陷检出率的方法
技术领域
本发明涉及半导体加工制造领域，更具体地说，涉及一种监控电子束扫描仪缺陷检出率的方法。
背景技术
随着集成电路工艺的发展以及关键尺寸按比例缩小，以及半导体工艺制造复杂性的提高，电子束扫描仪(E-beam)在半导体生产中得到越来越多的应用，比如55纳米及以下技术节点的钨连接孔和铜连接孔的蚀刻不足缺陷，以及位错漏电缺陷和镍管道漏电缺陷等均需要利用E-beam进行检测，而且在目前的工艺中是无可替代的。为了保证电子束缺陷扫描仪数据的准确性，防止E-beam自身的性能变化对工艺带来不利影响；因而，需要长期对E-beam机台性能进行监控，而对其缺陷检出率的监控是其中最有代表性的一环节。
目前常用的监控E-beam机台缺陷检出率的手段为，以一枚标准晶圆在机台端定期进行扫描，比较每次E-beam检出的缺陷结果，以跟踪E-beam缺陷检出率的变化趋势。此方法的问题在于，由于E-beam是通过电子束扫描成像，对扫描的区域具有一定程度的破坏作用，使得该枚标准晶圆上长期被扫描区域的灰度会明显低于其他区域，所以重复以同一枚标准晶圆来测试E-beam机台的缺陷检出率是明显不可靠的监控手段。
因此，提供一种准确、可靠地监控电子束扫描仪缺陷检出率的方法是本发明需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种监控电子束扫描仪缺陷检出率的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种监控电子束扫描仪缺陷检出率的方法，包括如下步骤：a)、在CMOS晶圆的第一区域建立至少一测试单元，测试单元包括NMOS区和PMOS区；b)、在NMOS区形成多个NMOS阻断缺陷；c)、以电子束扫描仪扫描测试单元以检测NMOS阻断缺陷，并记录其检出率；包括：所述电子束扫描仪对比第一图像与第二图像上位置相同的区域，确定所述第二图像上平均灰度明显低于所述第一图像上平均灰度的区域为所述NMOS阻断缺陷区域；其中，所述第一图像为所述电子束扫描仪扫描该枚CMOS晶圆上一无缺陷芯片单元所得图像，所述第二图像为所述电子束扫描仪扫描所述测试单元所得图像；d)、更换下一枚CMOS晶圆，回到步骤a)重复进行。
优选地，第一区域位于晶圆的切割道，步骤a)具体包括：在切割道定义出测试单元，并在测试单元上分别形成P阱、N阱，对P阱进行N型掺杂以形成NMOS区，对N阱进行P型掺杂以形成PMOS区。
优选地，步骤b)具体包括步骤：b1)、在测试单元表面沉积一金属硅化物阻挡层；b2)、对位于PMOS区、NMOS区的金属硅化物阻挡层进行光刻以去除，保留覆盖于P阱区上方的一部分金属硅化物阻挡层；b3)、在测试单元表面沉积一介电层；b4)、光刻介质层形成多个PMOS区连接孔和多个NMOS区连接孔，并在PMOS区连接孔和NMOS区连接孔中分别填充金属；其中，PMOS区连接孔底端连接N阱区，NMOS区连接孔底端连接该部金属硅化物阻挡层以形成NMOS阻断缺陷。
本发明提供的监控电子束扫描仪缺陷检出率的方法，在每枚晶圆上建立一个或多个与晶圆上芯片单元结构类似的测试单元，并在测试单元上形成NMOS阻断缺陷；E-beam以正负载模式对晶圆上的测试单元依次进行扫描以检出其中的NMOS阻断缺陷，当晶圆为在生产线上流转的晶圆时，即可实现对E-beam缺陷检出率的监控与跟踪。每个测试单元仅经一次电子束扫描，避免了给被扫描区域带来的破坏与随之产生的缺陷检出率失准，该监控方法准确、可靠，利于在半导体行业领域内推广。
附图说明
图1示出本发明一实施例的监控电子束扫描仪缺陷检出率的方法流程示意图；
图2A-2B示出本发明一实施例的晶圆芯片单元结构示意图及电子束扫描仪扫描芯片单元所得图像示意图；
图3A-3B示出本发明一实施例的晶圆测试单元结构示意图及电子束扫描仪扫描测试单元所得图像示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明一实施例提供的监控电子束扫描仪缺陷检出率的方法，包括如下步骤：
步骤S10、在CMOS晶圆的第一区域建立一测试单元，测试单元包括NMOS区和PMOS区。
其中，第一区域可为晶圆上任一区域，其尺寸同一块芯片单元相同；较佳实施方式中，第一区域位于晶圆的切割道上。在晶圆的切割道上建立测试单元，不占用晶圆上有效芯片单元的位置，不会造成浪费。在后续的工艺中，对晶圆进行切割时，测试单元即被销毁。
测试单元的结构与同片晶圆上芯片单元的结构近乎相同或类似，从而使测试单元上的无缺陷区域与芯片单元上的无缺陷区域在E-beam的观测下具有极为相近的灰度，以便E-beam可简单地通过与无缺陷芯片单元图像的对比来准确检出测试单元上的缺陷区域。测试单元应具有与芯片单元相同的NMOS区和PMOS区。
如图2A所示，晶圆的芯片单元形成于衬底10上，其上形成有P阱区100和N阱区110，对P阱区100进行N型掺杂形成NMOS区101，每个NMOS区包括一栅极区102，对N阱区110进行P型掺杂形成PMOS区111，每个PMOS区包括一栅极区112。
类似地，如图3A所示，可在晶圆的切割道上定义出测试单元的位置，测试单元基于同一衬底10，其上分别形成有P阱区200和N阱区210，对P阱区200进行N型掺杂以形成NMOS区201，每个NMOS区包括一栅极区202，对N阱区210进行P型掺杂以形成PMOS区211，每个PMOS区包括一栅极区212。
步骤S11、在NMOS区形成多个NMOS阻断缺陷。
在CMOS器件的制备工艺中，为形成芯片单元，先在衬底10表面沉积一层金属硅化物阻挡层(SAB)，随后通过光刻将衬底10上NMOS区101和PMOS区111上的SAB层去除，再沉积一层介电层11，如图2A所示，之后通过对介电层11的光刻形成多个NMOS区有源区连接孔103、多个NMOS区的栅极区连接孔104以及多个PMOS区连接孔113、114，并分别在其中填充金属。其中，PMOS区连接孔113、114在俯视衬底表面时呈不同形状，例如分别为长椭圆形、扁椭圆形。具体地，结合图3A，为形成测试单元的NMOS阻断缺陷，该步骤S11具体包括如下分步骤：
b1)、在测试单元表面沉积一SAB层；
b2)、对位于PMOS区、NMOS区的SAB层进行光刻以去除，保留覆盖于P阱区200上方的一部分SAB层300；
b3)、在测试单元表面沉积一介电层11；以及
b4)、光刻介质层11形成多个PMOS区连接孔213、214，以及多个NMOS区连接孔203，并在PMOS区和NMOS区连接孔中分别填充金属。
其中，PMOS区连接孔213、214底端连接N阱区210，NMOS区连接孔203底端连接该部保留下来的金属硅化物阻挡层300以形成NMOS阻断缺陷。PMOS区连接孔213、214在俯视衬底表面时呈不同形状，如分别为长椭圆形、扁椭圆形。
金属硅化物阻挡层300的材料例如包括氧化硅和氮化硅。
位于NMOS区连接孔203底部的一部分金属硅化物阻挡层300使NMOS区201无法通过电荷，即测试单元的NMOS区将始终处于阻断状态，从而形成了NMOS阻断缺陷。
步骤S12、以电子束扫描仪扫描测试单元以检测NMOS阻断缺陷，并记录其检出率。
以E-beam的正负载模式观测芯片单元时，如图2B所示，NMOS区101的栅极区102上方的连接孔104呈低灰度，PMOS区连接孔113、114呈高灰度，NMOS区连接孔103的灰度介于两者之间。
对于测试单元而言，NMOS阻断缺陷使得其NMOS区201无法通过电荷，在E-beam正负载模式下，如图3B所示，NMOS区的栅极区202上方连接孔204呈低灰度，PMOS区连接孔213、214呈高灰度，形成有NMOS阻断缺陷的NMOS区有源区连接孔203呈与栅极区连接孔204相同或相近的低灰度。
从而，E-beam对比同一枚晶圆上无缺陷芯片单元图像与测试单元图像上位置相同的区域，可确定测试单元图像上平均灰度明显低于芯片图像上平均灰度的区域即为NMOS阻断缺陷所在区域。
步骤S13、更换下一枚CMOS晶圆，回到步骤S10重复进行。
根据本发明上述实施例，对E-beam缺陷检出率的监控为在线进行。在线晶圆的流转将会使得E-beam机台方便地扫描下一枚晶圆上的测试单元，为长期监控E-beam缺陷检出率提供了便利条件。
操作人员可逐日记录E-beam的缺陷检出率，形成一变化趋势图，以便分析E-beam缺陷检出率发生变化的起因，以对工艺或设备进行优化或更换。
进一步地，上述CMOS晶圆用于制备SRAM器件。
本发明提供的监控方法，在每枚晶圆上建立与晶圆上芯片单元结构类似的测试单元，并在测试单元上特别地形成多个NMOS阻断缺陷；当晶圆在线流转时，通过E-beam对NMOS阻断缺陷进行检测，即可实现对E-beam缺陷检出率的监控与跟踪。
其中，每个测试单元仅经一次电子束扫描，避免了给被扫描区域带来的破坏与随之产生的缺陷检出率失准，该监控方法准确、可靠，利于在半导体行业领域内推广。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种监控电子束扫描仪缺陷检出率的方法，包括如下步骤：
a)、在CMOS晶圆的第一区域建立至少一测试单元，所述测试单元包括NMOS区和PMOS区；
b)、在所述NMOS区形成多个NMOS阻断缺陷；
c)、以所述电子束扫描仪扫描所述测试单元以检测所述NMOS阻断缺陷，并记录其检出率；包括：所述电子束扫描仪对比第一图像与第二图像上位置相同的区域，确定所述第二图像上平均灰度低于所述第一图像上平均灰度的区域为所述NMOS阻断缺陷区域；其中，所述第一图像为所述电子束扫描仪扫描该枚CMOS晶圆上一无缺陷芯片单元所得图像，所述第二图像为所述电子束扫描仪扫描所述测试单元所得图像；
d)、更换下一枚CMOS晶圆，回到所述步骤a)重复进行。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一区域位于所述CMOS晶圆的切割道，所述步骤a)具体包括：在所述切割道定义出所述测试单元，并在所述测试单元上分别形成P阱、N阱，对所述P阱进行N型掺杂以形成所述NMOS区，对所述N阱进行P型掺杂以形成所述PMOS区。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤b)具体包括步骤：
b1)、在所述测试单元表面沉积一金属硅化物阻挡层；
b2)、对位于所述PMOS区、所述NMOS区的金属硅化物阻挡层进行光刻以去除，保留覆盖于所述P阱区上方的一部分金属硅化物阻挡层；
b3)、在所述测试单元表面沉积一介电层；
b4)、光刻所述介质层形成多个PMOS区连接孔和多个NMOS区连接孔，并在所述PMOS区连接孔和NMOS区连接孔中分别填充金属；
其中，所述PMOS区连接孔底端连接所述N阱区，所述NMOS区连接孔底端连接该部金属硅化物阻挡层以形成所述NMOS阻断缺陷。
4.如权利要求3所述所述的方法，其特征在于，所述金属硅化物阻挡层材料包括氧化硅和氮化硅。
5.如权利要求1所述所述的方法，其特征在于，所述PMOS区连接孔图像灰度高于所述NMOS区连接孔图像灰度。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述CMOS晶圆为任一在线晶圆，用于制备SRAM器件。
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