CN104217974B - 高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法，在采用电子束缺陷扫描仪对待检测片进行缺陷检测之前，先在待检测片表面加载负电荷，以在沟槽中的残留缺陷区域形成局部电场。进行缺陷检测时，由于所述局部电场的存在，在高深宽比沟槽中的残留缺陷处产生的二次电子能受所述局部电场的作用而溢出待检测片的表面，避免了法拉第杯效应的影响，使得缺陷检测的效率和准确度大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法。
背景技术
随着半导体器件越做越小，半导体关键层的关键尺寸也越来越小，需要在相同尺寸范围内铺设出更多器件。例如，通过对比55nm与110nm器件结构，前者有源区中的浅沟道隔离的尺寸只有后者浅沟道隔离尺寸的二分之一左右。同时随着关键尺寸越来越小，器件的AR(深宽比)也越来越大，这对器件的制程提出了更高的要求，同时也对制程缺陷的检测手段提出了新的挑战。
通常，高深宽比(一般是指深宽比大于等于10比1)结构对曝光与蚀刻制程要求更高，如果这些制程不够优化，将产生桥接缺陷以及蚀刻不足的缺陷。如图1所示，由于刻蚀制程不够优化，导致刻蚀不足，在高深宽比沟槽底部角落处出现硅残留缺陷1。
对于蚀刻不足缺陷的检测，由于其结构的特殊性以及关键尺寸非常小，常规的光学检测手段由于受限于分辨率与灵敏度而很难检测到这些缺陷，成为后续良率提升的瓶颈。而现有的其它检测手段如电子束扫描检测此类物性缺陷需要很小的分辨率，比如针对20 nm左右的缺陷，需要用到10nm～20nm的像素，这对单位时间内的扫描量产生影响，使工作效率降低，不能满足大规模生产的需求。另外，电子束扫描检测方法是用电子轰击待检测物的表面，并通过探测装置检测溢出的二次电子的分布情况，来判断待测物表面是否存在缺陷。然而，如图2所示，对于高深宽比的结构，由于受法拉第杯效应的影响，从缺陷1溢出的电子大部分为虚线框11中的电子，会直接撞击到多晶硅层20的侧壁上，而无法突破多晶硅层20的表面进而被探测装置检测到；仅有少量电子为虚线框12中的电子，能够被探测装置检测到。在这种情况下，缺陷的检测受到严重影响。因此，对高深宽比的结构，如何提供一种方法以快速检测沟槽底部的硅残留缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何快速准确地检验高深宽比沟槽中的刻蚀残留缺陷。基于此，本发明提供一种高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法，包括：
提供一待检测片，所述待检测片经过了刻蚀工艺并形成了沟槽，在所述沟槽中存在残留缺陷；
对所述待检测片表面加载负电荷，以在所述沟槽中的残留缺陷区域形成局部电场；
采用电子束缺陷扫描仪对所述待检测基底进行缺陷检测。
进一步的，采用电子束缺陷扫描仪加载负电荷。
进一步的，加载负电荷的着陆能量为1800eV～2500eV，电流为60～100nA。
进一步的，所述沟槽的深宽比大于等于10比1。
进一步的，所述待检测片包括基底和形成于所述基底上的多晶硅层，所述沟槽为多晶硅沟槽，所述残留缺陷区域位于所述沟槽的底部。
进一步的，所述残留缺陷为硅残留缺陷。
进一步的，所述沟槽为单晶硅沟槽。
进一步的，所述沟槽为金属沟槽。
进一步的，采用30～80nm的像素尺寸对所述待检测基底进行缺陷检测。
本发明在采用电子束缺陷扫描仪对待检测片进行缺陷检测之前，先在待检测片表面加载负电荷，以在沟槽中的残留缺陷区域形成局部电场。进行缺陷检测时，由于所述局部电场的存在，在高深宽比沟槽中的残留缺陷处产生的二次电子能受所述局部电场的作用而溢出待检测片的表面，避免了法拉第杯效应的影响，使得缺陷检测的效率和准确度大大提高。
附图说明
图1为具有残留缺陷的高深宽比沟槽示意图；
图2为现有技术中高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法的示意图；
图3为本发明一实施例所述高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法的流程图；
图4为本发明一实施例所述高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法中对所述待检测片表面加载负电荷后在残留缺陷区域形成的电场示意图；
图5为本发明一实施例所述高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法中采用电子束缺陷扫描仪对所述待检测基底进行缺陷检测时的示意图；
图6a为未对残留缺陷区域加载负电荷时缺陷检测中信号噪声比示意图；
图6b为对残留缺陷区域加载负电荷后缺陷检测中信号噪声比示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图3所示，本发明所述高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法包含以下步骤：
提供一待检测片，所述待检测片为经过了刻蚀工艺并形成了沟槽的基底，在所述沟槽中存在残留缺陷；
对所述待检测片表面加载负电荷，以在所述沟槽中的残留缺陷区域形成局部电场；
采用电子束缺陷扫描仪对所述待检测基底进行缺陷检测。
如图1所示，本发明提供的待检测片包括基底10和形成于所述基底10上的多晶硅层20。所述基底10可以为P型或N型衬底，其材质可以是硅、锗或者锗硅化合物、有机化合物半导体材料中的一种。所述衬底10上的检测区域包括SRAM区域或者逻辑区域等，此处不予限定。待检测片经过了刻蚀工艺，在多晶硅层20中形成了沟槽，在沟槽中具有缺陷1，在本实施例中，所述沟槽为高深宽比沟槽，具体的，为深宽比大于等于10比1的沟槽，所述缺陷1位于沟槽的底部。所述缺陷1是上述刻蚀工艺导致的，因此此处的缺陷1为硅残留缺陷。本发明所述的缺陷为物性缺陷，而非电性缺陷，在本发明的其他实施例中，所述缺陷1也可以是其他残留物，同时，本发明也可以适用于其他类型沟槽的缺陷检测，比如金属沟槽或单晶硅沟槽等等，本发明对此不作限制。
接着，请参考图4，对待检测片表面加载负电荷，以在所述沟槽中的残留缺陷1区域形成局部电场110。所述局部电场110为负电荷聚集于缺陷1的周围而形成的。为实现较佳效果，加载所述负电荷的着陆能量为1800eV～2500eV，电流为60nA～100nA。加载负电荷的过程采用电子束缺陷扫描仪(Electron beam)实现，电子束缺陷扫描仪直接向所述待检测片的表面发射电子，所述电子电荷聚集于缺陷1的周围而形成所述局部电场110，上述着陆能量和电流值可通过电子束缺陷扫描仪事先设置。
最后，采用电子束缺陷扫描仪对所述待检测基底进行缺陷检测。请参考图5，在所述沟槽中的残留缺陷1区域形成局部电场110后，增加了缺陷1处的电压衬度，当进行缺陷检测时，电子束缺陷扫描仪发出的电子在缺陷1处产生的二次电子会受到局部电场110产生的向上的电场力影响，因而更容易溢出多晶硅层20的表面进而被电子束缺陷扫描仪的检测装置检测到。在图5中，虚线框112中为受局部电场110的影响而溢出多晶硅层20表面的二次电子，此部分电子能被电子束缺陷扫描仪检测到；而虚线框111中为少量未溢出多晶硅层20表面的二次电子。由此可见，在缺陷1的周围具有了局部电场110后，可以避免法拉第杯对大部分二次电子带来的影响，使得缺陷检测的准确性大大提高。
在本实施例中，为了在后续的缺陷检测过程中更好地实现缺陷检测，可以使用较高的像素尺寸进行检测，以有效的提升缺陷检测的抓取率，比如使用30nm～80nm的像素尺寸。由于对所述基底预先施加了负电荷，因此使用较高的像素尺寸实现快速检测，提高检测效率的同时，并不会影响检测效果。
电子束缺陷扫描仪对缺陷的检测可通过检测信噪比来实现。比如可对电子束缺陷扫描仪设置一抓取极限(极限信噪比)，当某处的信噪比大于该抓取极限时，说明此处存在残留缺陷。
图6a为未对残留缺陷区域加载负电荷时缺陷检测中信号噪声比示意图；图6b为对残留缺陷区域加载负电荷后缺陷检测中信号噪声比示意图。在图6a和图6b中，横坐标为距离，代表待检测片表面的不同位置，纵坐标SNR为电子束缺陷扫描仪在检测时探测到信号的信噪比。如图6a所示，对于高深宽比的结构，检测时在缺陷处由于法拉第杯效应的影响，产生的信噪比可能无法达到所述抓取极限，此时电子束缺陷扫描仪无法检测到残留缺陷；如图6b所示，若对残留缺陷区域加载了负电荷，形成了局部电场110，则在残留缺陷处的信噪比得以大大增强并超过设置的抓取极限，此时电子束缺陷扫描仪可以顺利检测到残留缺陷。
在本实施例中，上述加载负电荷和缺陷检测的过程可在同一电子束缺陷扫描仪中连续进行，只是两个过程对扫描仪的设置不同，加载负电荷的步骤仅需要电荷聚集在缺陷1的周围形成局部电场110，而缺陷检测的步骤需要扫描仪发出电子轰击待检测物的表面以产生二次电子，因此后者需要对电荷设置更大的着陆能量。
本发明提供的高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法，在采用电子束缺陷扫描仪对待检测片进行缺陷检测之前，先在待检测片表面加载负电荷，以在沟槽中的残留缺陷区域形成局部电场。进行缺陷检测时，由于所述局部电场的存在，在高深宽比沟槽中的残留缺陷处产生的二次电子能受所述局部电场的作用而溢出待检测片的表面，避免了法拉第杯效应的影响，使得缺陷检测的效率和准确度大大提高。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法，其特征在于，包括：
提供一待检测片，所述待检测片经过了刻蚀工艺并形成了沟槽，在所述沟槽中存在残留缺陷；
采用电子束缺陷扫描仪对所述待检测片表面加载负电荷，以在所述沟槽中的残留缺陷区域形成局部电场，所述局部电场为负电荷聚集于所述残留缺陷的周围而形成的；
采用电子束缺陷扫描仪对所述待检测片进行缺陷检测。
2.如权利要求1所述的高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法，其特征在于，加载负电荷的着陆能量为1800eV~2500eV，电流为60nA~100nA。
3.如权利要求1所述的高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法，其特征在于，所述沟槽的深宽比大于等于10比1。
4.如权利要求1所述的高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法，其特征在于，所述待检测片包括基底和形成于所述基底上的多晶硅层，所述沟槽为多晶硅沟槽，所述残留缺陷区域位于所述沟槽的底部。
5.如权利要求4所述的高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法，其特征在于，所述残留缺陷为硅残留缺陷。
6.如权利要求1所述的高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法，其特征在于，所述沟槽为单晶硅沟槽。
7.如权利要求1所述的高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法，其特征在于，所述沟槽为金属沟槽。
8.如权利要求1所述的高深宽比沟槽刻蚀残留缺陷的检测方法，其特征在于，采用30~80nm的像素尺寸对所述待检测片进行缺陷检测。
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