CN104181168A - 一种提高微粒检测能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高微粒检测能力的方法，通过在被检测硅片上沉积一层氮化物薄膜，将附着在硅片表面上的小于最小缺陷检测尺寸的微粒尺寸放大至少达到最小缺陷检测尺寸，并利用氮化物的致密特征，使疏松微粒具有致密、光滑的被检测表面，改善了疏松微粒的表面检测形貌，增强了在疏松微粒处对入射光的反射能力和散射光的集中度，从而在暗场光学缺陷检测时可成功捕捉到疏松微粒以及小于最小缺陷检测尺寸的微粒的缺陷信号，因此提高了暗场光学缺陷检测时对小尺寸微粒及疏松微粒的检测能力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造中的光学缺陷检测技术领域，更具体地，涉及一种在进行暗场光学缺陷检测时可提高针对小尺寸微粒及疏松微粒的检测能力的方法。
背景技术
随着半导体芯片制造技术向更小尺寸的新工艺技术节点迈进，制造过程中产生的更小尺寸的微粒(Particle)，将会大大影响芯片的良率(Yield)和可靠性(Reliability)。光学缺陷检测技术是普遍应用于半导体集成电路芯片制造中的检测方法，分为亮场和暗场光学缺陷检测技术两种。其中，暗场光学缺陷检测技术(Darkfield Inspection)是将入射光在缺陷表面形成的散射光强转换成缺陷信号的一种检测手段，主要用于针对芯片表面微粒的检测。
尽管暗场光学缺陷检测技术具有其它检测技术例如电子束显微镜等不具备的高性能和高效率，但是，暗场光学缺陷检测技术也存在对最小缺陷检测尺寸的检测限制。比如，一种KLA Tencor公司(科磊股份有限公司)生产的型号为Surfscan SP2的机台，只能检测尺寸不小于60纳米的微粒。而且，在暗场光学缺陷检测技术中，半导体硅片(芯片)表层薄膜的粗糙度和微粒的表面形貌，也会影响暗场的检测能力。例如，暗场光学缺陷检测技术反映出对散射光较弱的疏松微粒的检测能力较差，这是由于疏松微粒能吸收一定的入射光；同时，入射光在疏松微粒形成的散射光呈分散状、没有均匀的方向性，这也降低了暗场光学缺陷检测技术的检测能力。如何能够提高暗场光学缺陷检测技术对小尺寸微粒及疏松微粒的检测能力，成为业界亟待解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种提高微粒检测能力的方法，用于对微粒进行暗场光学缺陷检测，通过在被检测硅片上沉积一层氮化物薄膜，可将附着在硅片表面上的小于暗场光学缺陷检测最小缺陷检测尺寸的微粒尺寸放大，并可使疏松微粒具有致密氮化物的表面检测形貌，从而在暗场光学缺陷检测时可成功捕捉到疏松微粒以及小于最小缺陷检测尺寸的微粒的缺陷信号，因此，提高了暗场光学缺陷检测时对小尺寸微粒及疏松微粒的检测能力。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种提高微粒检测能力的方法，用于对微粒进行暗场光学缺陷检测，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：提供一半导体硅片，所述硅片表面附着有微粒，所述微粒包括疏松微粒和/或小于暗场光学缺陷检测的最小缺陷检测尺寸的微粒；
步骤二：在所述硅片上沉积一层氮化物薄膜，所述氮化物薄膜将附着在所述硅片表面的所述微粒覆盖并包裹，以放大所述微粒在暗场光学缺陷检测时的检测尺寸至少达到所述最小缺陷检测尺寸，并使微粒表面具有所述氮化物的表面检测形貌；
步骤三：对所述硅片进行针对表面微粒的暗场光学缺陷检测。
优选的，步骤一中，所述微粒中包括尺寸小于60纳米的微粒。
优选的，步骤二中，所述氮化物为金属氮化物、氮化硅、氮氧化硅其中之一。
优选的，步骤二中，采用物理气相沉积法(Physical VaporDeposition)、金属有机化合物化学气相沉积法(Metal-organic ChemicalVapor Deposition)或等离子增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced VaporDeposition)沉积所述氮化物薄膜。
优选的，步骤二中，所述氮化物的沉积厚度为5～50nm。
优选的，在步骤二和步骤三之间，增加对所述氮化物薄膜进行退火处理。
优选的，对所述氮化物薄膜进行所述退火处理的温度为300～500℃。
优选的，在步骤二和步骤三之间，增加对所述氮化物薄膜进行紫外线固化处理(UV cure)。
优选的，在步骤二和步骤三之间，增加对所述氮化物薄膜进行等离子体轰击处理，反应气体为氮气或惰性气体。
优选的，进行所述等离子体处理时的等离子体射频功率为100～1000瓦，处理腔体的气压为100毫托～10托。
从上述技术方案可以看出，本发明通过在被检测硅片上沉积一层氮化物薄膜，可将附着在硅片表面上的小于暗场光学缺陷检测最小缺陷检测尺寸的微粒尺寸放大至少达到最小缺陷检测尺寸，并利用氮化物的致密特征，使疏松微粒具有致密、光滑的被检测表面，改善了疏松微粒的表面检测形貌，增强了在疏松微粒处对入射光的反射能力和散射光的集中度，并通过对氮化物薄膜进行退火、紫外线固化或等离子体轰击处理，进一步改善氮化物薄膜的表面平整度和反光性能，从而在暗场光学缺陷检测时可成功捕捉到疏松微粒以及小于最小缺陷检测尺寸的微粒的缺陷信号，因此，提高了暗场光学缺陷检测时对小尺寸微粒及疏松微粒的检测能力。
附图说明
图1是本发明一种提高微粒检测能力的方法的流程图。
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。当然本发明并不局限于下述具体实施例，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。
请参阅图1，图1是本发明一种提高微粒检测能力的方法的流程图。如图所示，本发明的提高微粒检测能力的方法可用于对在经过半导体工艺制程后的硅片表面附着的微粒进行暗场光学缺陷检测，包括以下步骤：
如框1所示，步骤一：提供一半导体硅片，所述硅片表面附着有微粒，所述微粒包括疏松微粒和/或小于暗场光学缺陷检测的最小缺陷检测尺寸的微粒。
如框2所示，步骤二：在所述硅片上沉积一层氮化物薄膜，所述氮化物薄膜将附着在所述硅片表面的所述微粒覆盖并包裹，以放大所述微粒在暗场光学缺陷检测时的检测尺寸至少达到所述最小缺陷检测尺寸，并使微粒表面具有所述氮化物的表面检测形貌。
如框3所示，步骤三：对所述硅片进行针对表面微粒的暗场光学缺陷检测。
在半导体集成电路制造中，一般的，经过一个或数个半导体工艺制程后，硅片表面会附着有微粒(Particle)，微粒的存在将会大大影响芯片的良率和可靠性。这时，就需要对硅片进行缺陷检测。其中，针对微粒缺陷，适用暗场光学缺陷检测方法。在使用例如KLA Tencor公司(科磊股份有限公司)型号为Surfscan SP2的机台对硅片进行暗场光学缺陷检测时，由于受该机台的检测能力限制，只能检测尺寸不小于60纳米的微粒。而硅片表面通常会附着有小于60纳米的微粒，以及对缺陷检测时的入射光反射能力较差且散射光难以聚集的疏松微粒，使检测机台难以捕捉到此类缺陷信号。本发明即是基于上述种类的微粒，开发的具有针对性的提高微粒检测能力的方法。但不限于此，本发明的方法也同样适用于所有在硅片表面附着的微粒尺寸及形态。
针对上述例举的Surfscan SP2机台，作为本发明的一实施例，上述的所述微粒中，除了包括尺寸小于60纳米、以致Surfscan SP2机台不能检测的小尺寸微粒外，也包括尺寸不小于60纳米的大尺寸微粒。本发明的氮化物薄膜沉积后，对大尺寸微粒的检测精度不受影响，除了可提高对疏松微粒的检测能力外，也可进一步增强对大尺寸微粒的捕捉精度。
上述形成沉积膜的氮化物，可以采用金属氮化物、氮化硅、氮氧化硅的其中一种来沉积，但不限于此。在硅片上沉积氮化物的目的，是利用了氮化物膜的致密及光滑特征，在氮化物膜将硅片表面的微粒覆盖并包裹后，就在微粒表面形成了以氮化物膜为检测表面的检测形貌。也就是说，是利用对微粒附着部位包裹的凸出的氮化物膜的直接检测，来达到间接检测氮化物膜下方的微粒的存在。由于微粒的表面特征会影响暗场的检测能力，因此，在对微粒包裹了氮化物膜后，既改变了疏松微粒的表面形貌，又使得疏松微粒不能吸收入射光，就消除了暗场光学缺陷检测时对散射光较弱的疏松微粒检测能力较差的问题。同时，微粒被氮化物膜包裹后，其横向及纵向尺寸都得到了放大，当放大后的微粒附着部位的凸出的氮化物膜的尺寸达到SurfscanSP2机台的最小缺陷检测尺寸60纳米时，就可以顺利捕捉到缺陷信号，实现提高检测能力的效果。
在上述的氮化物膜沉积时，可采用物理气相沉积法(Physical VaporDeposition)、金属有机化合物化学气相沉积法(Metal-organic ChemicalVapor Deposition)或等离子增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced VaporDeposition)沉积所述氮化物薄膜，但不限于此。
在上述的氮化物膜沉积时，作为本发明的一优选实施例，所述氮化物的沉积厚度为5～50nm，但不限于此，可根据实际需要，对此范围进行变动，只要达到本发明的技术效果即可。作为一个实例，针对尺寸为50nm的颗粒，可沉积厚度为5nm的氮化物薄膜，可将微粒尺寸放大到60nm，即可满足上述Surfscan SP2机台的检测能力；针对尺寸为20nm的颗粒，可沉积厚度为20nm的氮化物薄膜，即可将微粒尺寸放大到60nm，同样可满足上述SurfscanSP2机台的检测能力。需要说明的是，在满足不同检测机台对最小缺陷检测尺寸的检测能力的条件下，过厚的氮化物薄膜沉积并无实际意义，应根据工艺制程的特点及经验数据，合理编排氮化物薄膜的沉积工艺。
作为本发明的一优选实施例，在上述氮化物薄膜沉积后，再增加对所述氮化物薄膜进行退火处理，然后再进行针对微粒的缺陷检测。退火可在垂直炉管中进行，退火温度的优选区间为300～500℃。利用在此温度区间对硅片的热处理，可以调节氮化物薄膜的表面平整度和反光性能，从而进一步提高在暗场光学缺陷检测时对小尺寸微粒及疏松微粒的检测能力和检测精度，避免因硅片上的氮化物薄膜的不平整或粗糙度较高，导致对微粒缺陷信号的误捕捉。
也可以在上述的氮化物薄膜沉积后，增加对所述氮化物薄膜进行紫外线固化处理(UV cure)，然后再进行针对微粒的缺陷检测。在采用例如等离子增强化学气相沉积法沉积氮化物薄膜时，由于这种方法形成的氮化硅薄膜中含有大量的H(氢原子)，其结构较疏松，使得沉积的氮化物薄膜不致密。所以，通过对此薄膜进行紫外线固化，利用紫外光破坏薄膜中的氢键，使氢原子形成氢气析出，而留下的悬挂键Si-与N-能形成Si-N键。这样，氮化硅薄膜的空间网络结构发生变化，可形成表面致密的氮化硅薄膜。并且，用紫外线固化处理，可降低氮化物薄膜的表面粗糙程度，从而提高了氮化物薄膜的平整度。
也可以在上述的氮化物薄膜沉积后，增加对所述氮化物薄膜进行等离子体轰击处理，然后再进行针对微粒的缺陷检测。利用等离子体对氮化物薄膜均匀的轻微轰击作用，对氮化物薄膜进行致密化(densify)处理，以提高氮化物薄膜的表面平整度，便于暗场光学缺陷检测机台捕捉到缺陷信号。进行等离子体处理时的反应气体可采用氮气，或惰性气体例如氦气或氩气。并且优选的，进行等离子体处理时的等离子体射频功率可为100～1000瓦，处理腔体的气压可为100毫托～10托，以对氮化物薄膜产生轻微的轰击作用。
在上述具体实施方式及各实施例中，所述硅片可采用经过半导体工艺制程的产品硅片或样片。如采用产品硅片时，最好是下工序正好是氮化物沉积的硅片，以降低硅片损耗；如采用样片，则可通过返工重复使用，以节约成本。
通过上述方法，根据对硅片的检测结果及在相同工艺制程中缺陷的重复发生特征，掌握微粒缺陷的尺寸、数量及分布位置，必要时结合对被检测硅片进行切片、微粒元素分析等分析手段，查找缺陷产生的原因，从而可对制程工艺的改善提供精确的依据。
综上所述，本发明通过在被检测产品硅片或样片上沉积一层氮化物薄膜，可将附着在硅片表面上的小于暗场光学缺陷检测最小缺陷检测尺寸的微粒尺寸放大至少达到最小缺陷检测尺寸，并利用氮化物的致密特征，使疏松微粒具有致密、光滑的被检测表面，改善了疏松微粒的表面检测形貌，增强了在疏松微粒处对入射光的反射能力和散射光的集中度，并通过对氮化物薄膜进行退火、紫外线固化或等离子体轰击处理，进一步改善氮化物薄膜的表面平整度和反光性能，从而在暗场光学缺陷检测时可成功捕捉到疏松微粒以及小于最小缺陷检测尺寸的微粒的缺陷信号，因此提高了暗场光学缺陷检测时对小尺寸微粒及疏松微粒的检测能力。
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 (10)
1.一种提高微粒检测能力的方法，用于对微粒进行暗场光学缺陷检测，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：提供一半导体硅片，所述硅片表面附着有微粒，所述微粒包括疏松微粒和/或小于暗场光学缺陷检测的最小缺陷检测尺寸的微粒；
步骤二：在所述硅片上沉积一层氮化物薄膜，所述氮化物薄膜将附着在所述硅片表面的所述微粒覆盖并包裹，以放大所述微粒在暗场光学缺陷检测时的检测尺寸至少达到所述最小缺陷检测尺寸，并使微粒表面具有所述氮化物的表面检测形貌；
步骤三：对所述硅片进行针对表面微粒的暗场光学缺陷检测。
2.根据权利要求1所述的提高微粒检测能力的方法，其特征在于，步骤一中，所述微粒中包括尺寸小于60纳米的微粒。
3.根据权利要求1所述的提高微粒检测能力的方法，其特征在于，步骤二中，所述氮化物为金属氮化物、氮化硅、氮氧化硅其中之一。
4.根据权利要求1或3所述的提高微粒检测能力的方法，其特征在于，步骤二中，采用物理气相沉积法、金属有机化合物化学气相沉积法或等离子增强化学气相沉积法沉积所述氮化物薄膜。
5.根据权利要求1或3所述的提高微粒检测能力的方法，其特征在于，步骤二中，所述氮化物的沉积厚度为5～50nm。
6.根据权利要求1所述的提高微粒检测能力的方法，其特征在于，在步骤二和步骤三之间，增加对所述氮化物薄膜进行退火处理。
7.根据权利要求6所述的提高微粒检测能力的方法，其特征在于，对所述氮化物薄膜进行所述退火处理的温度为300～500℃。
8.根据权利要求1所述的提高微粒检测能力的方法，其特征在于，在步骤二和步骤三之间，增加对所述氮化物薄膜进行紫外线固化处理。
9.根据权利要求1所述的提高微粒检测能力的方法，其特征在于，在步骤二和步骤三之间，增加对所述氮化物薄膜进行等离子体轰击处理，反应气体为氮气或惰性气体。
10.根据权利要求9所述的提高微粒检测能力的方法，其特征在于，进行所述等离子体处理时的等离子体射频功率为100～1000瓦，处理腔体的气压为100毫托～10托。
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