CN104237719A

CN104237719A - 一种漏电缺陷检测方法

Info

Publication number: CN104237719A
Application number: CN201310242074.1A
Authority: CN
Inventors: 赵宁; 吴浩; 田唯磊; 戴腾; 任保军
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Corp
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明提供了一种漏电缺陷检测方法,先利用正电荷模式的电压对比度检测得到具有高清晰度BVC的第一电压对比度图像，捕捉半导体样品中潜在的漏电缺陷位置，再通过负电荷模式的电压对比度检测对BVC的位置再次扫描得到第二电压对比度图像，通过第二电压对比度图像的DVC对BVC进行筛选并得到准确的BVC分类，得到高纯度高危险的漏电缺陷。

Description

一种漏电缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及一种半导体可靠性分析方法，特别涉及一种漏电缺陷检测方法。

背景技术

目前，半导体器件的可靠性分析方法种类繁多，其中，电压对比度（Voltage Contrast，VC）检测方法己经得到广泛的应用。电压对比度检测方法通常使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy，SEM)对半导体器件的样品进行电压对比度检测，其原理是通过聚焦电子束（E-beam））轰击样品表面激发二次电子，由于受轰击处样品的材料特性决定了产生的二次电子的电子数量，所以被轰击处样品的材料不同，其收集的二次电子的电子数量也不同，将二次电子的电子数量的多少表现为图像亮度，从而通过观察图像亮度的形态来确定样品是否有缺陷，比如：漏电缺陷（leakage defect）或者断裂（open）。在电压对比度检测的具体操作过程中，聚焦电子束的加载能量（Landing Energy，LE）大小会影响逸出率σ（yield），也就是被激发的二次电子的离开材料表面所带走的逸出电子数量总和与聚焦电子束轰击材料表面所带来的入射电子数量的总和之间的比值，其曲线表现形式如图1所示。对于一般的半导体材料而言，在聚焦电子束的加载能量范围内会存在两个数值使yield=1，分别标记为E1和E2。很容易理解，当yield=1时，表示逸出电子数量等于入射电子数量，则样品的材料表面不带电荷，表现为电中性，如果σ（yield）<1，表示逸出电子数量小于入射电子数量，相当于聚焦电子束的部分入射电子仍然停留在材料表面，则材料表面聚集负电荷，这时称为负电荷模式（Negative mode）；同理，如果σ（yield）>1，表示逸出电子数量大于入射电子数量，则材料表面聚集正电荷，这时称为正电荷模式（Positive mode）。

无论正电荷模式还是负电荷模式的电压对比度检测，都是用聚焦电子束逐点轰击半导体样品表面，最终形成具有一定对比度的图像，由不同位置的图像亮度表示此处的材料性质。在上述正电荷模式和负电荷模式两种电压对比度检测模式下，发生漏电缺陷位置的图像亮度的表现形式也完全不同，正电荷模式的电压对比度检测时，漏电缺陷通常表现为亮缺陷（Bright VoltageContrast，BVC），而在负电荷模式的电压对比度检测时，漏电缺陷通常表现为暗缺陷。业界普遍采用正电荷模式的电压对比度检测来检测漏电缺陷，而不采用负电荷模式的电压对比度检测。这是因为在位于E1和E2之间的正电荷模式条件下，聚焦电子束的LE大小适中，具有稳定的且相对较低的电流和电压，这种电压对比度检测条件较容易满足，同时也可以得到图像亮度清晰的BVC。而单一的负电荷模式的电压对比度检测需要更高的LE，才能得到稳定的图像亮度。实验证明，负电荷模式的电压对比度检测虽然可以准确检测高危险的漏电缺陷，但长时间的高电压和高电流会使半导体器件的样品表面积聚大量干扰电荷，最终使得图像亮度模糊产生很大的噪音干扰。

采用正电荷模式的电压对比度检测的问题在于：由于漏电缺陷本身具有不同的产生机理，影响因素很多，例如：装管（piping）和短路（short）等，而且其严重程度无法详细量化，仅仅通过正电荷模式的电压对比度检测到的BVC，只能粗略判断为该BVC位置可能产生了漏电缺陷，由于正电荷模式的电压对比度检测对漏电缺陷的判断较为模糊，甚至有些BVC并不是真正的漏电缺陷，所以还需要通过其他半导体器件的可靠性分析方法，例如，失效分析（FA data confirm）的进一步判断才能得到漏电缺陷的真假和严重程度。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是：

仅通过正电荷模式的电压对比度检测漏电缺陷，无法排除其真假和筛选高风险的漏电缺陷。

为解决上述问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种漏电缺陷检测方法，提供一待测的半导体样品，其特征在于，该方法包括：

首先采用第一聚焦电子束对所述半导体样品进行正电荷模式的电压对比度检测，根据形成的第一电压对比度图像，记录可能存在漏电缺陷的位置，在去除所述半导体样品表面的正电荷后，再采用第二聚焦电子束对所述可能存在漏电缺陷的位置进行负电荷模式的电压对比度检测，根据形成的第二电压对比度图像筛选漏电缺陷。

所述第一聚焦电子束的能量范围是逸出率大于1时对应的聚焦电子束的能量。

所述第二聚焦电子束的能量范围是逸出率小于1时对应的聚焦电子束的能量。

所述去除所述半导体样品表面的正电荷的方法为，利用电子束或二氧化碳CO₂中和所述半导体样品表面的正电荷。

所述可能存在漏电缺陷的位置是所述第一电压对比度图像的亮缺陷位置。

所述负电荷模式的电压对比度检测形成第二电压对比度图像，根据所述第二电压对比度图像中的暗缺陷筛选漏电缺陷。

所述负电荷模式的电压对比度检测是逐一对所述亮缺陷位置进行二次扫描。

所述筛选漏电缺陷的方法是将所述第二电压对比度图像的暗缺陷作为漏电缺陷。

所述第一聚焦电子束的加载能量范围是300～1000电子伏特。

所述第二聚焦电子束的加载能量范围是2000-2500电子伏特。

由上述的技术方案可见，本发明提供了一种漏电缺陷检测方法,该方法先利用正电荷模式的电压对比度检测得到具有高清晰度BVC的第一电压对比度图像，捕捉半导体样品中潜在的漏电缺陷位置，再通过负电荷模式的电压对比度检测对BVC的位置再次扫描得到第二电压对比度图像，通过第二电压对比度图像的DVC对BVC进行筛选并得到准确的BVC分类，得到高纯度高危险的漏电缺陷。

附图说明

图1为现有技术逸出率σ曲线图；

图2为本发明漏电缺陷检测方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明提出一种漏电缺陷检测方法，具体步骤如图2所示，该方法能够精确检测半导体样品中高风险漏电缺陷，本具体实施例中，作为电压对比度检测的检测对象的半导体样品具体为CT WCMP layer，通过电压对比度检测筛选出CT WCMP layer中的高风险漏电缺陷。

步骤101、正电荷模式的电压对比度检测半导体样品，形成第一电压对比度图像，利用第一电压对比度图像中的亮缺陷（BVC）确定漏电缺陷可能存在的位置。

本步骤中，采用第一聚焦电子束（E beam）的正电荷模式的电压对比度检测半导体样品的方法和步骤为现有技术，不再赘述。需要注意的是，本发明中第一聚焦电子束的加载能量范围是300～1000电子伏特（eV），例如，300电子伏特，600电子伏特或1000电子伏特。在正电荷模式的电压对比度检测所得的第一电压对比度图像中的亮缺陷（Bright Voltage Contrast，BVC）表示半导体样品中漏电缺陷可能存在的位置，标记第一电压对比度图像中亮缺陷的位置，也就确定了半导体样品中漏电缺陷可能存在的位置。

步骤102、去除半导体样品表面的电荷。

由于步骤101的正电荷模式的电压对比度检测会使半导体样品的表面呈现正电性，所以本步骤采用电子或者二氧化碳气体中和半导体样品表面的正电荷，具体的，用电子束扫描半导体样品表面或者将二氧化碳气体吹到半导体样品表面。本步骤之后，半导体样品表面呈现电中性，从而为步骤103负电荷模式的电压对比度检测做准备。

步骤103、对漏电缺陷可能存在的位置进行负电荷模式的电压对比度检测，形成第二电压对比度图像。

本步骤中，负电荷模式的电压对比度检测采用第二聚焦电子束对部分半导体样品表面进行扫描，具体的，第二聚焦电子束逐一对步骤101中确定的半导体样品表面的BVC位置进行二次扫描。第二聚焦电子束的加载能量范围是2000-2500电子伏特，例如，2000电子伏特，2300电子伏特或者2500电子伏特。

需要注意的是，虽然负电荷模式的电压对比度检测需要更高的LE，但因为本步骤仅对BVC位置的半导体样品表面进行负电荷模式的电压对比度检测，大大减小了聚焦电子束对半导体样品表面进行轰击的时间，避免了长时间的高电压和高电流在半导体器件的样品表面积聚大量干扰电荷，不会产生很大的噪音干扰，所以最终得到的第二电压对比度图像具有稳定的图像亮度。在本步骤的负电荷模式的电压对比度检测中，只有高危险的漏电缺陷才会表现为DVC，也就是相对于正常的MOS结构中的正常图像具有相反的亮度，而低危险的漏电缺陷却不会出现DVC。

步骤104、通过逐一对比，对第二电压对比度图像进行分类，筛选出高危的漏电缺陷。

本步骤中，将第二电压对比度图像中的暗缺陷确定为高危风险的漏电缺陷。

实验证明，采用先正电荷模式的电压对比度检测步骤初步定位半导体样品中可能存在漏电缺陷的位置，也就是第一电压对比度图像中的BVC，然后除去半导体样品表面的多余电荷后，再用负电荷模式的电压对比度检测，对第一电压对比度图像中的BVC所在位置进行扫描，形成具有DVC的第二电压对比度图像，只有同时是BVC又是DVC的位置才是高危风险的漏电缺陷。这种综合两种模式的电压对比度检测方法能够过滤掉大约80%的低风险漏电缺陷，从而通过两次筛选最终得到高危高风险的漏电缺陷。

从上述具体实施例可见，本发明揭示了一种正电荷模式和负电荷模式的电压对比度检测相结合的漏电缺陷检测方法,该方法能够准确地检测高危高风险漏电缺陷。利用正电荷模式的电压对比度检测使得机台能够应用相对较低的电压得到具有高清晰度BVC的第一电压对比度图像，捕捉半导体样品中潜在的漏电缺陷位置，再通过负电荷模式的电压对比度检测对BVC的位置再次扫描得到第二电压对比度图像，通过第二电压对比度图像的DVC对BVC进行筛选并得到准确的BVC分类，得到高纯度高危险的漏电缺陷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种漏电缺陷检测方法，提供一待测的半导体样品，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一聚焦电子束的能量范围是逸出率大于1时对应的聚焦电子束的能量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二聚焦电子束的能量范围是逸出率小于1时对应的聚焦电子束的能量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除所述半导体样品表面的正电荷的方法为，利用电子束或二氧化碳CO₂中和所述半导体样品表面的正电荷。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可能存在漏电缺陷的位置是所述第一电压对比度图像的亮缺陷位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负电荷模式的电压对比度检测形成第二电压对比度图像，根据所述第二电压对比度图像中的暗缺陷筛选漏电缺陷。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述负电荷模式的电压对比度检测是逐一对所述亮缺陷位置进行二次扫描。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述筛选漏电缺陷的方法是将所述第二电压对比度图像的暗缺陷作为漏电缺陷。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一聚焦电子束的加载能量范围是300～1000电子伏特。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二聚焦电子束的加载能量范围是2000-2500电子伏特。