CN104103542B - 静态存储器的在线失效分析方法及在线电子束检测设备 - Google Patents

静态存储器的在线失效分析方法及在线电子束检测设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种静态存储器的在线失效分析方法和在线电子束检测设备，包括：将不同类型的探针安装到在线电子束检测设备的腔体中；将晶圆置于在线电子束检测设备的腔体中；利用在线电子束检测设备对接触孔进行扫描并获得静态存储器中接触孔的图像信息；根据接触孔的图像信息找出产生缺陷的接触孔；根据产生缺陷的接触孔的类型来选择与之相对应的探针；在线电子束检测设备控制所选择的探针与相应的产生缺陷的接触孔相接触，并进行电性能检测；根据产生缺陷的接触孔在静态存储器单元中的功能，在线电子束检测设备将探针进行组合来检测功能并进行失效分析；检测到功能失效，则产生缺陷的接触孔是导致静态存储器失效的原因。

Description

静态存储器的在线失效分析方法及在线电子束检测设备
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种静态存储器的在线失效分析方法及一种在线电子束检测设备。
背景技术
集成电路制造工艺简单来讲就是通过物理和化学的方法将电路图形转移到硅片上，一个功能完整的芯片从其功能区域可包含有逻辑运算区，静态存储器区，和周围电路连线等。其中静态存储器是整个芯片上电路密度最高的区域，制造工艺上的一些细微偏差就会导致整个静态存储器的失效。
请参阅图1，为接触孔形成后的晶圆的结构示意图，图1中，左边表示PMOS，右边表示NMOS。接触孔形成之后，利用在线电子束检测设备对接触孔进行扫描并判断哪个接触孔有缺陷，如图2所示，为采用在线电子束检测设备进行扫描得到的接触孔影像图，图中，虚线框框住的为产生缺陷的接触孔，其本应该为较暗的孔，却异常的显示为亮孔。
然而，虽然能够利用在线电子束检测设备检测出接触孔是否具有缺陷，但是对导致缺陷的原因却很难检测出，一是因为导致接触孔产生缺陷的原因较多，二是因为现有的检测设备也不能检测出，甚至用分辨率极高的透射电子显微镜也很难看到导致缺陷产生的结构缺陷。
再者，目前对静态存储器检测的阶段是在最终器件形成之后的线下纳米级检测(offline nano-probing)，由于需要对失效地址进行定位，因此，线下纳米级检测在操作方面非常困难。并且，采用线下纳米级检测来分析产生缺陷的原因是缺乏时效性的，即便检测出哪些接触孔出现问题也不能及时补救，只能将器件报废，从而造成严重的浪费。
那么如何能在生产的过程中准确及时地检测出产生缺陷的接触孔，在可以充分收集证据的前提下来判断器件失效的模式，从而找出器件失效的原因，并以此及时修正工艺参数条件，则可以避免晶圆的浪费，这对于制造工艺的调整和优化都十分的重要。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种静态存储器的在线失效分析方法和在线电子束检测设备，以期在器件的制备过程中及时发现出现缺陷的接触孔，并可以搜集充分的证据来准确地找出产生缺陷的原因，从而及时对工艺参数条件作出修正，避免晶圆的浪费。
为了实现上述目的，本发明提供了一种静态存储器的在线失效分析方法，其中，利用在线电子束检测设备对所述静态存储器进行在线失效分析，所述在线电子束检测设备具有一腔体，其包括：
将不同类型的探针安装到在线电子束检测设备的腔体中；
在晶圆上的静态存储器上制备出接触孔后，将所述晶圆置于在线电子束检测设备的腔体中；
利用在线电子束检测设备对所述接触孔进行扫描并获得所述静态存储器中所述接触孔的图像信息；
根据所述接触孔的图像信息找出产生缺陷的接触孔；
根据所述产生缺陷的接触孔的类型来选择与之相对应的所述探针；
所述在线电子束检测设备控制所选择的探针与相应的所述产生缺陷的接触孔相接触，并进行电性能检测；
根据所述产生缺陷的接触孔在所述静态存储器单元中的功能，所述在线电子束检测设备将所述探针进行组合来检测所述功能并进行失效分析；
检测到所述功能失效，则所述产生缺陷的接触孔是导致所述静态存储器失效的原因。
优选地，所述在线电子束检测设备具有探针读取模块，所述在线失效分析方法包括：
将不同类型的探针安装到在线电子束检测设备的腔体中；
在晶圆的静态存储器上制备出接触孔后，将所述晶圆置于在线电子束检测设备的腔体中
利用在线电子束检测设备对所述接触孔进行扫描并获得所述静态存储器中所述接触孔的图像信息；
所述在线电子束检测设备将所述将接触孔的图像信息存储到所述探针读取模块中；
根据所述接触孔的图像信息找出产生缺陷的接触孔；
所述探针读取模块根据所述产生缺陷的接触孔的类型来选择与之相对应的所述探针；
所述探针读取模块控制所选择的探针与相应的所述产生缺陷的接触孔相接触，并进行电性能检测；
根据所述产生缺陷的接触孔在所述静态存储器单元中的功能，所述探针读取模块将所述探针进行组合来检测所述功能并进行失效分析；
所述探针读取模块记录所述探针组合的位置信息；
对下一个相同类型的产生缺陷的所述接触孔，所述探针读取模块自动调取所述探针组合的位置信息来控制所述探针进行组合。
进一步地，对同一批次的晶圆的失效分析完成后，所述探针读取模块控制所述探针恢复到原有位置。
进一步地，在所述利用在线电子束检测设备对所述接触孔进行扫描之前，或在所述探针读取模块根据所述产生缺陷的接触孔的类型来选择与之相对应的所述探针之前，在所述探针读取模块中预存储所述接触孔的各个类型；所述探针读取模块根据所预存储的所述接触孔的类型，确定所述产生缺陷的接触孔的类型。
优选地，所述找出产生缺陷的接触孔包括：首先，设定所述接触孔的图像信息中的最小重复单元；然后，比较最小重复单元中的各个接触孔，相同位置上产生亮度变化的接触孔即为所述产生缺陷的接触孔。
优选地，所述功能为存储器功能，所述探针组合包括检测所述存储器功能的组合，所述探针组合与所述存储器的电路等效。
优选地，所述功能为反向器功能，所述探针组合包括检测所述反向器功能的组合，所述探针组合与所述反向器的电路等效。
本发明还提供了一种在线电子束检测设备，其包括：不同类型的探针，用于与晶圆上的静态存储器的接触孔相接触，或进行组合后与所述接触孔相接触。
优选地，所述在线电子束检测设备包括探针读取模块，用于存储所述接触孔的图像信息，并选择探针的类型、控制探针进行组合，以及控制探针与所述接触孔相接触；其中，
根据所述产生缺陷的接触孔的缺陷类型来选择相应的所述探针并控制所选择的探针与所述产生缺陷的接触孔相接触，根据所述产生缺陷的接触孔在所述静态存储器单元中的功能来将所述探针进行组合，并记录所述探针组合的位置信息，对下一个相同类型的所述产生缺陷的接触孔自动调取所述探针组合位置信息来控制所述探针进行组合。
优选地，所述探针读取模块还用于存储所述接触孔的各个类型，所述探针读取模块根据所预存储的所述接触孔的类型，判断所述产生缺陷的接触孔的类型。
本发明的在线电子束检测设备及静态存储器的在线失效分析方法，通过将探针安装于在线电子束检测设备的腔体中，在接触孔形成之后，利用在线电子束检测设备扫描出接触孔的图像信息，根据图像信息找出产生缺陷的接触孔，再根据该接触孔的类型选择相应的探针来检测接触孔的电性能；然后，再利用接触孔在静态存储器单元中的功能将探针进行组合检测该功能；先后对接触孔及接触孔起到的功能进行检测，可以进一步确定该产生缺陷的接触孔是否为导致静态存储器失效的原因；既然在线电子束检测设备中安装了探针，则相应的要有控制探针的模块，因此，进一步地本发明在静态存储器中设置有探针读取模块，通过探针读取模块可以记录图形信息，并对探针类型进行选择和控制探针进行组合，通过本发明在器件制备过程中即可在线准确的找到失效原因，并及时作出修正，避免不必要的浪费。
附图说明
图1为接触孔形成后的晶圆的结构示意图
图2为采用在线电子束检测设备进行扫描得到的接触孔影像图
图3为本发明的一个较佳实施例的静态存储器的在线失效分析方法的流程示意图
图4为本发明的一个较佳实施例的检测存储器功能的探针组合的示意图
图5为本发明的一个较佳实施例的检测反向器功能的探针组合的示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
如前所述，现有的静态存储器的检测通常是在器件形成之后，因操作困难和缺陷时效性导致不能准确的找出产生失效的原因。而采用在线电子束检测设备仅仅能在线检测出哪些接触孔出现缺陷，但是并不能找到产生缺陷的原因。为此，本发明改进了现有的在线电子束检测设备，在其工艺腔中安装探针，在线检测接触孔是否有缺陷的同时，可以对器件中的各个功能进行电性失效分析，从而准确及时的找到导致缺陷产生的原因，避免产生不必要的浪费。
本发明中，在线电子束检测设备，包括：不同类型的探针，用于与晶圆上的静态存储器的接触孔相接触，或进行组合后与接触孔相接触。
在线电子束检测设备还可以包括探针读取模块，用于存储接触孔的图像信息，并选择探针的类型、控制探针进行组合，以及控制探针与接触孔相接触；其中，
根据产生缺陷的接触孔的类型来选择相应的探针并控制所选择的探针与产生缺陷的接触孔相接触，根据产生缺陷的接触孔在静态存储器单元中的功能来将探针进行组合，并记录探针组合的位置信息，对下一个相同类型的产生缺陷的接触孔自动调取探针组合位置信息来控制探针进行组合。
在本发明的一个较佳实施例中，探针组合包括检测静态存储器的存储器功能或反向器功能的组合。
在本发明的一个较佳实施例中，探针读取模块还用于存储接触孔的各个类型，探针读取模块根据所预存储的接触孔的类型，判断产生缺陷的接触孔的类型。
以下将结合附图3-5和具体实施例对本发明的静态存储器的在线失效分析方法进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
本实施例中，所采用的在线电子束检测设备包括探针和探针读取模块，以下请参阅图3，为本发明的一个较佳实施例的静态存储器的在线失效分析方法的流程示意图。本实施例的静态存储器的在线失效分析方法，在静态存储器的制备过程中利用在线电子束检测设备对静态存储器进行在线失效分析，在线电子束检测设备具有一腔体，其包括：
步骤S01：将不同类型的探针安装到在线电子束检测设备的腔体中；
具体的，本实施例中的电子束检测设备可以采用现有的结构，本发明对此不作限制。探针安装的位置不限于在腔体的上方、左侧、右侧等，只要能使探针接触到晶圆上的接触孔即可。探针的类型根据接触孔的类型来分类，由于静态存储器中具有上拉型MOS、下拉型MOS、和传输型MOS，因此，探针的类型也分别对应探测此三种类型的探针。
步骤S02：在晶圆上的静态存储器上制备出接触孔后，将晶圆置于在线电子束检测设备的腔体中；
具体的，晶圆置于在线检测设备的腔体中的方法可以采用现有技术，比如利用机械手抓取和运输晶圆。
步骤S03：利用在线电子束检测设备对接触孔进行扫描并获得静态存储器中所述接触孔的图像信息；
具体的，采用在线电子束检测设备对静态存储器上的接触孔进行扫描，得到接触孔的影像图，比如电压衬度影像图。关于在线电子束检测设备扫描技术和接触孔影像的产生原理为本领域的技术人员可以知晓的，本发明在此不再赘述。
由于本实施例中的在线电子束检测设备包括探针读取模块，在获得接触孔的图像信息之后，在线电子束检测设备将该图像信息存储到探针读取模块中。
步骤S04：根据接触孔的图像信息找出产生缺陷的接触孔；
具体的，在线电子束检测设备扫描后得到的接触孔的影像图中，发生异常的接触孔即为产生缺陷的接触孔。比如，接触孔应该显示为亮孔的，反而显示为暗孔等，如图3中所示。
本实施例中，具体包括：首先，设定接触孔的图像信息中的最小重复单元；然后，比较最小重复单元中的各个接触孔，同一位置上产生亮度变化的接触孔即为产生缺陷的接触孔。
步骤S05：根据产生缺陷的接触孔的类型来选择与之相对应的探针；
具体的，如前所述，探针的类型根据接触孔的类型来分类，由于静态存储器中具有上拉型MOS、下拉型MOS、和传输型MOS，因此，探针的类型也分别对应探测此三种类型的探针。例如，产生缺陷的接触孔为上拉型MOS，则采用探测上拉型MOS的探针。
这里，本实施例中，采用探针读取模块来选择与产生缺陷的接触孔相对应的探针。
需要说明的是，在本发明的其它实施例中，在利用在线电子束检测设备对接触孔进行扫描之前，或在探针读取模块根据产生缺陷的接触孔的类型来选择与之相对应的探针之前，在探针读取模块中预存储接触孔的各个类型；探针读取模块根据所预存储的接触孔的类型，确定产生缺陷的接触孔的类型。
步骤S06：在线电子束检测设备控制所选择的探针与相应的产生缺陷的接触孔相接触，并进行电性能检测；
具体的，如果探针在腔体上方设置，可以但不限于将晶圆移至探针的下方；本实施例中，采用探针读取模块来控制所选择的探针与相应的产生缺陷的接触孔相接触。
经电性能测试，如果接触孔都正常，则表示静态存储器无问题；一旦发现电性能发生异常，比如漏电，则表示静态存储器出现缺陷；因此，需要对接触孔所在的静态存储器单元进行进一步检测，以进一步确定产生缺陷的接触孔是否为导致静态存储器的失效的原因，这是因为，产生静态存储器失效的原因有很多中，接触孔位置表现出的失效现象并不一定导致静态存储器失效，在实际检测过程中，还常常出现接触孔位置表现出失效现象，而该接触孔所在静态存储器单元的检测过程中并未表现出失效现象。
步骤S07：根据产生缺陷的接触孔在静态存储器单元中的功能，在线电子束检测设备将探针进行组合来检测该功能并进行失效分析；
具体的，本实施例中，采用探针读取模块来控制探针进行组合；由于要对静态存储器进行失效分析，需要对其接触孔在静态存储器中的功能进行检测分析，因此，为了检测各个功能而设计出与之相对应的探针组合。各个探针组合中，各个探针与所要检测的功能的接触孔相接触，因此，构成检测各个功能的电路。本实施例中，所说的功能为存储器功能，则相应的探针组合包括检测存储器功能的组合，探针组合与存储器的电路等效；在本发明的另一个实施例中，所说的功能为反向器功能，探针组合包括检测反向器功能的组合，探针组合与反向器的电路等效。如图4所示，为本发明的一个较佳实施例的检测存储器功能的探针组合的示意图；探针组合还包括检测反相器电性的组合，此探针组合与反相器的电路等效，如图5所示，为本发明的一个较佳实施例的检测反向器功能的探针组合的示意图。图4和图5中带箭头的实线表示探针，而其中的静态存储器为示意结构，仅用于方便描述；图中，T表示传输性MOS，Q表示上拉型或下拉型MOS。然则本发明中的静电存储器的功能不仅限于此，还可以包括现有的其它功能，在此不再一一举例。
本实施例中的该步骤中，还包括：探针读取模块记录上述探针组合的位置信息，然后，对下一个相同类型的产生缺陷的接触孔，探针读取模块可以自动调取探针组合的位置信息来控制探针进行组合；最后，检测完同一批次的晶圆之后，探针读取模块控制各个探针恢复到原有位置。这样，就避免了针对相同类型的接触孔，探针读取模块还要重新进行位置读取的繁琐过程；然则，在本发明中，在相同类型的产生缺陷的接触孔中，对于第一次进行探测后进行的探针组合，可以固定该探针组合不变，直至检测完同一批次的晶圆之后，探针读取模块控制各个探针恢复到原有位置。
步骤S08：检测到上述功能失效，则产生缺陷的接触孔是导致静态存储器失效的原因。
具体的，如前所述，本实施例中，如果检测到存储器功能未表现异常，则表示所检测的产生缺陷的接触孔不是导致静态存储器失效的原因。
需要说明的是，本发明中，静态存储器的结构使固定且单一的，当某个接触孔通过在线电子束检测设备扫描出产生缺陷时，其在静态存储器中的作用或者功能也是确定的，比如，传输性MOS上的接触孔产生缺陷，它在静态存储器中起到的功能为反向器的功能。
本发明的静态存储器的在线失效分析方法，通过将探针安装于在线电子束检测设备的腔体中，在接触孔形成之后，利用在线电子束检测设备扫描出接触孔的图像信息，根据图像信息找出产生缺陷的接触孔，再根据该接触孔的类型选择相应的探针来检测接触孔的电性能；然后，再利用接触孔在静态存储器单元中的功能将探针进行组合检测该功能；先后对接触孔及接触孔起到的功能进行检测，可以进一步确定该产生缺陷的接触孔是否为导致静态存储器失效的原因；既然在线电子束检测设备中安装了探针，则相应的要有控制探针的模块，因此，进一步地本发明在静态存储器中设置有探针读取模块，通过探针读取模块可以记录图形信息，并对探针类型进行选择和控制探针进行组合，通过本发明在器件制备过程中即可在线准确的找到失效原因，并及时作出修正，避免不必要的浪费。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (10)

1.一种静态存储器的在线失效分析方法，其特征在于，利用在线电子束检测设备对所述静态存储器进行在线失效分析，所述在线电子束检测设备具有一腔体，其包括：
将不同类型的探针安装到在线电子束检测设备的腔体中；
在晶圆上的静态存储器上制备出接触孔后，将所述晶圆置于在线电子束检测设备的腔体中；
利用在线电子束检测设备对所述接触孔进行扫描并获得所述静态存储器中所述接触孔的图像信息；
根据所述接触孔的图像信息找出产生缺陷的接触孔；
根据所述产生缺陷的接触孔的类型来选择与之相对应的所述探针；
所述在线电子束检测设备控制所选择的探针与相应的所述产生缺陷的接触孔相接触，并进行电性能检测；
根据所述产生缺陷的接触孔在所述静态存储器单元中的功能，所述在线电子束检测设备将所述探针进行组合来检测所述功能并进行失效分析；
检测到所述功能失效，则所述产生缺陷的接触孔是导致所述静态存储器失效的原因。
2.根据权利要求1所述的静态存储器的在线失效分析方法，其特征在于，所述在线电子束检测设备具有探针读取模块，所述在线失效分析方法包括：
将不同类型的探针安装到在线电子束检测设备的腔体中；
在晶圆的静态存储器上制备出接触孔后，将所述晶圆置于在线电子束检测设备的腔体中；
利用在线电子束检测设备对所述接触孔进行扫描并获得所述静态存储器中所述接触孔的图像信息；
所述在线电子束检测设备将所述将接触孔的图像信息存储到所述探针读取模块中；
根据所述接触孔的图像信息找出产生缺陷的接触孔；
所述探针读取模块根据所述产生缺陷的接触孔的类型来选择与之相对应的所述探针；
所述探针读取模块控制所选择的探针与相应的所述产生缺陷的接触孔相接触，并进行电性能检测；
根据所述产生缺陷的接触孔在所述静态存储器单元中的功能，所述探针读取模块将所述探针进行组合来检测所述功能并进行失效分析；
所述探针读取模块记录所述探针组合的位置信息；
对下一个相同类型的产生缺陷的所述接触孔，所述探针读取模块自动调取所述探针组合的位置信息来控制所述探针进行组合。
3.根据权利要求2所述的静态存储器的在线失效分析方法，其特征在于，对同一批次的晶圆的失效分析完成后，所述探针读取模块控制所述探针恢复到原有位置。
4.根据权利要求2所述的静态存储器的在线失效分析方法，其特征在于，在所述利用在线电子束检测设备对所述接触孔进行扫描之前，或在所述探针读取模块根据所述产生缺陷的接触孔的类型来选择与之相对应的所述探针之前，在所述探针读取模块中预存储所述接触孔的各个类型；所述探针读取模块根据所预存储的所述接触孔的类型，确定所述产生缺陷的接触孔的类型。
5.根据权利要求1所述的静态存储器的在线失效分析方法，其特征在于，所述找出产生缺陷的接触孔包括：首先，设定所述接触孔的图像信息中的最小重复单元；然后，比较所述最小重复单元中的各个接触孔，同一位置上产生亮度变化的接触孔即为所述产生缺陷的接触孔。
6.根据权利要求1所述的静态存储器的在线失效分析方法，其特征在于，所述功能为存储器功能，所述探针组合包括检测所述存储器功能的组合，所述探针组合与所述存储器的电路等效。
7.根据权利要求1所述的静态存储器的在线失效分析方法，其特征在于，所述功能为反向器功能，所述探针组合包括检测所述反向器功能的组合，所述探针组合与所述反向器的电路等效。
8.一种在线电子束检测设备，其特征在于，所述在线电子束检测设备包括：不同类型的探针，用于与晶圆上的静态存储器的接触孔相接触，或进行组合后与所述接触孔相接触，利用该检测设备对接触孔进行扫描并获得静态存储器中的接触孔的图像信息，根据该图像信息找出产生缺陷的接触孔，根据产生缺陷的接触孔的类型来选择相应的探针并控制所选择的探针与产生缺陷的接触孔相接触，根据产生缺陷的接触孔在静态存储器单元中的功能来将探针进行组合以检测该功能并进行失效分析。
9.根据权利要求8所述的在线电子束检测设备，其特征在于，所述在线电子束检测设备包括探针读取模块，用于存储所述接触孔的图像信息，并选择探针的类型、控制探针进行组合，以及控制探针与所述接触孔相接触；其中，
根据产生缺陷的接触孔的缺陷类型来选择相应的所述探针并控制所选择的探针与所述产生缺陷的接触孔相接触，根据所述产生缺陷的接触孔在所述静态存储器单元中的功能来将所述探针进行组合，并记录所述探针组合的位置信息，对下一个相同类型的所述产生缺陷的接触孔自动调取所述探针组合位置信息来控制所述探针进行组合。
10.根据权利要求8所述的在线电子束检测设备，其特征在于，所述探针读取模块还用于存储所述接触孔的各个类型，所述探针读取模块根据所预存储的所述接触孔的类型，判断所述产生缺陷的接触孔的类型。
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