CN109613016A - 一种半导体芯片缺陷检测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体芯片缺陷检测设备及方法，所述设备包括：检测平台，待检测的半导体芯片固定安装于所述检测平台；激光发生器，所述激光发生器设置于所述检测平台上方，用于产生照射于所述半导体芯片表面的激光，所述激光发生器与所述检测平台之间能够发生相对位移，以使所述激光能够以扫描的方式照射于所述半导体芯片表面；电源，所述电源与所述半导体芯片连接，为所述半导体芯片供电；示波器，所述示波器与所述半导体芯片连接，用于检测并显示所述半导体芯片中所产生的输出电压和/或输出电流。本发明能够方便快捷地确定出待检测的半导体芯片内是否存在有潜在缺陷。

Description

一种半导体芯片缺陷检测设备及方法

技术领域

本发明涉及工业检测技术领域，尤其涉及一种半导体芯片缺陷检测设备及方法。

背景技术

半导体芯片，也可以称为集成电路芯片，在各类设备中已经得到了广泛的应用，成为了现代化工业必不可少的重要元件。半导体芯片是在半导体基材上，通过多层金属构成复杂的电路，从而能够实现各类逻辑处理功能。

在半导体芯片的生产中，一般采用金属铜作为多层金属之间的互连线，例如，如今的0.13μm以下线宽的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)的制造工艺中均采用金属铜代替金属铝做多层金属互连线。

然而铜作为一种活泼金属，很容易在半导体芯片的多层介质之间发生离子扩散，引起电迁移失效，尤其是当层间介质材料是低k介质材料和超低k介质材料时，铜扩散的问题更加严重。

所以，一般在半导体芯片制造过程中，会在金属铜的表面进行阻挡层的沉积，以阻挡铜离子的扩散。例如，可以采用钽(Ta)、氮化钽(TaN)作为铜的阻挡材料。

但在实际的制造过程中，由于各类工艺缺陷的存在，往往会发生阻挡层不能完全阻挡铜离子扩散的情况。由于阻挡层材料的缺失导致了金属互连线中的铜金属在介质材料中扩散进而产生漏电通道，严重时多层金属材料相互扩散进而融合成一体。例如，当在介质层上沉积一层金属铜后，需要采用CMP(Chemical mechanical polishing，化学机械抛光)工艺进行抛光，然后再沉积一层阻挡层，并再对阻挡层抛光，然后再沉积一层介质层。但由于在进行CMP工艺时，可能发生磨痕缺陷、磨蚀缺陷、磨料残留物、磨蚀掉的金属残留物等情况，造成个别位置的金属铜没有完全被抛光，形成不平且突出的部分，当沉积阻挡层，并在对阻挡层进行抛光时，使得个别位置的金属铜上的阻挡层被去除，从而使得铜离子失去阻挡层的阻挡，发生离子扩散。

在实际中，由于离子扩散造成的半导体芯片缺陷可以分为两类，一种为显性缺陷，即该缺陷导致半导体芯片的直接失效，电学测试时有一项或多项参数达不到要求，或者是功能直接失效。另一种为潜在缺陷，即该缺陷并不导致半导体芯片的直接失效，电学测试时各项参数也能满足使用要求，但是当使用一段时间以后，出现了参数和功能失效。

针对显性缺陷，通过现有的电测技术、无损失效分析技术、信号寻迹技术、二次效应技术、样品制备技术等，可以快速准确地确定出来。

然而针对潜在缺陷，目前缺少快捷方便的检测手段或方法。使得部分具有潜在缺陷的半导体芯片，可能会流入市场，降低了产品质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体芯片缺陷检测设备及方法，能够方便准确地对半导体芯片的潜在缺陷进行检测，提高产品质量。

为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种半导体芯片缺陷检测设备，包括：

检测平台，待检测的半导体芯片固定安装于所述检测平台；

激光发生器，所述激光发生器设置于所述检测平台上方，用于产生照射于所述半导体芯片表面的激光，所述激光发生器与所述检测平台之间能够发生相对位移，以使所述激光能够以扫描的方式照射于所述半导体芯片表面；

电源，所述电源与所述半导体芯片连接，为所述半导体芯片供电；

示波器，所述示波器与所述半导体芯片连接，用于检测并显示所述半导体芯片中所产生的输出电压和/或输出电流。

优选地，所述半导体芯片缺陷检测设备还包括：电路板；

所述电路板与所述检测平台固定连接，所述半导体芯片设置于所述电路板上，与所述电路板电连接；

所述电路板分别与所述电源和所述示波器连接。

优选地，所述激光发生器的水平位置固定；

所述检测平台能够在水平方向按预设轨迹移动，以使所述激光发生器发出的激光按所述预设轨迹对所述半导体芯片表面进行扫描。

优选地，所述半导体芯片缺陷检测设备还包括：图像采集装置；

所述图像采集装置设置于所述检测平台上方，用于采集所述半导体芯片在所述激光的照射下发生光子发射的反光区域的图像。

优选地，所述图像采集装置包括：探头和处理器；

所述探头与所述处理器连接；

所述探头设置于所述检测平台上方，用于采集所述半导体芯片在所述激光的照射下反射出的光子，并根据所述光子进行光电转换，得到电信号；

所述处理器用于对所述电信号进行图像化处理，生成反光区域的图像。

本发明的另一个方面提供一种半导体芯片缺陷检测方法，包括：

接通待检测的半导体芯片的电源，以使所述半导体芯片产生输出电压和/或输出电流；

将所述激光以扫描的方式照射于所述半导体芯片的表面；

持续监测所述输出电压和/或所述输出电流，若照射所述激光时，所述半导体芯片产生的输出电压和/或所述输出电流，相比于初始电压和/或初始电流的变化值大于预设阈值，则确定所述半导体芯片具有潜在缺陷，所述初始电压和/或所述初始电流为未对所述半导体芯片的表面照射所述激光时，所述半导体芯片的输出电压和/或输出电流。

优选地，所述接通待检测的半导体芯片的电源，包括：

接通与待检测的半导体芯片电连接的电路板的电源；

所述持续监测所述输出电压和/或所述输出电流，包括：

持续监测所述电路板上输出的所述输出电压和/或所述输出电流。

优选地，所述将所述激光以扫描的方式照射于所述半导体芯片的表面，包括：

将所述激光照射至所述半导体芯片的表面；

在水平方向，按预设轨迹移动所述半导体芯片，使所述激光以所述预设轨迹扫描所述半导体芯片的表面。

优选地，所述方法还包括：

在对所述半导体芯片的表面进行照射时，采集所述半导体芯片在所述激光的照射下，发生光子发射的反光区域的图像；

将所述图像中的所述反光区域，作为所述半导体芯片具有潜在缺陷的区域。

优选地，所述采集所述半导体芯片在所述激光的照射下，发生光子发射的反光区域的图像，包括：

采集所述半导体芯片在所述激光的照射下，发生光子发射时所反射出的光子，并生成发光图像；

采集所述半导体芯片的光学反射图像；

将所述发光图像与所述反射图像叠加，得到所述反光区域的图像。

本发明提供的一种半导体芯片缺陷检测设备及方法，通过激光在待检测的半导体芯片表面进行扫描，同时在半导体芯片上连接电源，使得半导体芯片产生输出电压和/或输出电流，并通过示波器对输出电压和/或输出电流进行实时检测。利用激光产生的光热和光电作用，使得半导体芯片内部的潜在缺陷进行扩展和生长，并且表现为输出电压和/或输出电流的明显变化。通过对比照射激光时半导体芯片的输出电压和/或输出电流，以及没有照射激光时半导体芯片的初始电压和/或初始电流，可以方便快捷地确定出待检测的半导体芯片内是否存在有潜在缺陷。并且由于采用了扫描的方式对半导体芯片表面进行照射，避免了因激光能量仅作用半导体芯片的局部而对半导体芯片表面产生的损伤。

附图说明

图1为本发明一种实施例提供的半导体芯片缺陷检测设备的结构图；

图2为没有激光对半导体芯片进行照射时，半导体芯片的输出电压波形图；

图3为半导体芯片不存在潜在缺陷的情况下，激光对半导体芯片进行照射时半导体芯片的输出电压波形图；

图4为由于光吸收产生的电子-空穴对的示意图；

图5为半导体芯片存在潜在缺陷的情况下，激光对半导体芯片进行照射时半导体芯片的输出电压波形图；

图6为本发明另一种实施例提供的半导体芯片缺陷检测设备的结构图；

图7为半导体芯片由于发生光子发射形成的反光区域的图像；

图8为本发明一种实施例提供的半导体芯片缺陷检测方法的流程图；

图9为半导体芯片存在潜在缺陷的区域的截面图；

图10为半导体芯片存在潜在缺陷的区域的能谱图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1，图1为本发明实施例提供的半导体芯片缺陷检测设备的第一种结构图。其中包括检测平台101、激光发生器102、电源103、示波器104。

待检测的半导体芯片100固定安装于该检测平台101。

检测平台101为安装以及固定待检测的半导体芯片100的装载平台。检测平台101具体的形状可以有多种形式，例如，为矩形或者圆形的平台等等，可以根据需要进行设计。检测平台101上可以设置有各种相应的工装或者夹具，从而将半导体芯片100安装在检测平台101上，并与检测平台101实现可拆卸的固定连接。安装半导体芯片100的具体方式可以采用现有的各种芯片安装及固定的方式，只要能够满足本发明实施例中的需要，则都可以应用于本发明实施例中。

待检测的半导体芯片100是指需要进行潜在缺陷检测的半导体芯片，或者也可以称为集成电路芯片。在本发明实施例中，需要采用激光对半导体芯片100的表面进行照射，所以，一般可以将气密封装芯片的金属盖板揭开以使激光能够到达半导体芯片100的表面，即将揭开金属盖板的半导体芯片100安装于检测平台101。

激光发生器102设置于检测平台101上方，用于产生照射于半导体芯片100表面的激光，激光发生器102与检测平台101之间能够发生相对位移，以使激光能够以扫描的方式照射于半导体芯片100的表面。

激光发生器102为可以产生并发射出激光的设备。如图1所示，激光发生器102可以设置于检测平台101上方，或者激光发生器102中能够发生出激光的部件或位置，设置于检测平台101上方，以使得所发出的激光能够照射于半导体芯片100的表面。

具体的，激光发生器102的具体结构可以有多种形式。参见图1，在本发明实施例中，激光发生器102包括激光器201、分束镜202和物镜203。激光器201与分束镜202连接，分束镜202与物镜203连接。

激光器201产生的激光、经过分束镜202，通过物镜203射出，并照射于半导体芯片100表面。

激光器201可以产生激光，并且其产生的激光的功率可以进行调节。其中产生激光和功率调节的具体方式属于现有技术，在此不再赘述。

激光器201与分束镜202通过相应的连接件，例如能够使激光在内部通过的管状组件，实现连接。分束镜202可以有一个或多个，分束镜202通过相应的光学原理，对激光器201所发出的激光进行光束进行调整，例如，可以调整将激光的光束进行分散，以及改变光束的方向等等。

物镜203同样通过连接件与分束镜202实现连接，激光最终由物镜203射出。其中物镜203也可以有多个，不同的物镜203可以实现对激光的聚焦程度不同，即使得激光的能量集中程度不同。例如，物镜可以有5倍、20倍、50倍等多种规格。当用激光照射半导体芯片100表面时，可以根据照射效果调整激光输出功率和物镜203。如当用5倍和20倍物镜的照射效果不明显时，可考虑采用50倍物镜进行激光的照射。

由于激光具有一定能量，若长时间作用于半导体芯片100表面的局部区域，容易对半导体芯片100表面产生损伤。所以，在本发明实施例中，激光发生器102发出的激光需要以扫描的方式对检测平台101上所安装的半导体芯片100的表面进行照射。避免对半导体芯片100表面产生损伤。

为了能够实现以扫描的方式对半导体芯片100的表面进行照射，激光发生器102与检测平台101之间能够发生相对位移。相对位移是指在水平方向和/或垂直方向所发生的相对位置移动。其中，主要为水平方向上的相对位置移动。

为了实现相对位移，可以将检测平台101固定。使得激光发生器102进行移动，从而使得激光对半导体芯片100的表面以扫描的方式进行照射。然而在实际应用中，由于激光发生器102结构复杂，并不便于进行移动。

所以优选的，在本发明实施例中，可以将激光发生器102的水平位置固定。检测平台101能够在水平方向，按预设轨迹移动，以使激光发生器102发出的激光按预设轨迹对半导体芯片100表面进行扫描。

预设轨迹是指预先设定好的检测平台101的运动轨迹，例如，可以为从左至右逐行或逐列的扫描，或者也可以是从中心点向外侧进行的圆周形的扫描，具体的预设轨迹可以根据需要进行设置，在此并不限定。

检测平台100可以有多种驱动方式，例如可以连接有直线电机，或者连接有精密丝杠等传动元件，通过伺服电机等驱动装置的带动，实现检测平台100按预设轨迹进行移动。其中具体的传动方式可以采用各种现有的传动形式，只要能够满足本发明实施例中的功能，则都可以应用于本发明实施例中，也均属于本发明实施例的保护范围。

当检测平台100按预设轨迹移动时，相应的半导体芯片100也会以同样的预设轨迹进行移动，从而使得激光也可以按该预设轨迹对半导体芯片100表面进行扫描。在实际应用中，一般优选的，检测平台100的移动范围为75μm×50μm，最小精度为0.05μm。从而实现了对预设轨迹的精确控制。

电源103与半导体芯片100连接，为半导体芯片100供电。

电源103可以为电流源或电压源等各种电源，电源可以通过连接线等方式与半导体芯片100连接，从而能够为半导体芯片100提供负载电压和/或电流。

或者电源103也可以与检测平台100连接，当半导体芯片100安装至检测平台100时，通过安装位置的引脚、触点或者连接线，使得检测平台100能够与半导体芯片100实现电连接，从而通过检测平台100，实现了电源103与半导体芯片100的电连接。

电源103输出的电压或电流可以根据需要进行调整，一般不超过半导体芯片100实际工作时的电压载荷，避免使得半导体芯片100发生损坏。

示波器104与半导体芯片100连接，用于检测并显示半导体芯片100中所产生的输出电压和/或输出电流。

其中，当未对半导体芯片照射激光时，半导体芯片100产生的输出电压和/或输出电流，为初始电压和/或初始电流。

示波器104为能够采集并显示电流电压波形的设备仪器，示波器104通过连接线与半导体芯片100连接，从而能够采集到半导体芯片100中所产生的输出电压和/或输出电流，并进行显示和处理。

半导体芯片100内部具有复杂的电路结构，例如，大量的MOS(metal oxidesemiconductor，金属氧化物半导体)管相互连接，构成复杂的逻辑处理电路。所以，当电源103在半导体芯片100上施加有负载电压和/或电流时，则半导体芯片100则会相应的产生输出电压和/或输出电流。示波器104可以获取该输出电压和/或输出电流。

当激光没有照射在半导体芯片100上时，半导体芯片100产生的输出电压和/或输出电流，为初始电压和/或初始电流。例如，参见图2，图2中的波形2000为示波器104所采集到的初始电压的波形。并且，可以显示出该波形的部分参数信息，例如频率等等。

容易理解的是，通过相应的换算，同样可以获得初始电流的波形。在实际应用中，一般仅需要获取输出电压的波形即可。

本发明实施例提供的半导体芯片缺陷检测设备在实际使用时，由于半导体芯片100上的电路十分复杂，如果直接将电源103和示波器104，分别与半导体芯片100进行电连接，可以会使得连接过程较为复杂和困难。所以为了能够实现更加可靠的连接，并且便于操作，在本发明实施例提供的半导体芯片缺陷检测设备中，还可以包括：电路板105。

电路板105与检测平台101固定连接，半导体芯片100设置于电路板105上，与电路板105电连接。电路板105分别与电源103和示波器104连接。

电路板105为根据半导体芯片100的功能与工作方式制作的一块电路驱动板。电路板105可以采用焊接、螺钉连接等多种固定连接方式与检测平台101固定连接。

半导体芯片100可以采用现有的各种连接方式，可拆卸地固定连接于该电路板105上，并且通过电路板105上所具有的触点、引脚等结构，实现与该电路板105的电连接。

电路板105可以采用连接线等方式，分别与电源103和示波器104实现电连接，从而能够将电源103输出的电压或电流，施加到半导体芯片100上。同时，也能够将半导体芯片100的输出电压和/或输出电流引出，并传输至示波器104。

当对半导体芯片100进行潜在缺陷检测时，激光发生器102内可以产生激光，并将激光以扫描的形式照射在半导体芯片100表面。同时激光发生器102与检测平台101发生相对位移，以使激光对半导体芯片100表面进行扫描。激光作用到半导体材料上时会被吸收，半导体对光的吸收分本征吸收和非本征吸收，非本征吸收包括杂质吸收、晶格吸收和自由电子吸收。本征吸收会产生光生载子，使光电导率变化，同时伴随少量的热能产生；非本征吸收则不产生光生载流子，但有热能产生，引起温度的上升而导致电阻变化。

所以，基于上述原因，当激光照射在半导体芯片100时，其输出电压和/或输出电流可能会产生轻微的变化。例如，结合上面的例子，当没有激光对半导体芯片100进行照射时，其输出电压的波形如图2所示。在正常情况下，即当半导体芯片100不存在潜在缺陷的情况下，激光照射于半导体芯片100表面时，其电压的波形如图3所示，其中波形3000为半导体芯片100的输出电压波形。

通过对比图2及图3可以看出，虽然由于激光的照射，引起半导体芯片100的温度上升并使得电阻发生一定的变化，但由于变化很小，所以其输出的电压波形并没有发生较大的改变或基本保持不变。

若半导体芯片100具有潜在缺陷检测，例如多层金属之间的互连线之间存在潜在的缺陷或空洞时，则该区域附近的热传导不同于其它区域，当激光以扫描的方式照射半导体芯片100表面时，会引起局部温度变化。局部的温度变化产生热胀冷缩现象，可以将潜在缺陷进一步拉伸增大，从而在很大程度上改变了局部的电阻值。同时潜在缺陷扩展以后，泄漏电流增加，影响了芯片中各器件的工作状态。

并且由于激光在半导体芯片100内部的结区产生光生载流子，而能量比硅禁带大的光子被吸收后产生电子-空穴对，潜在缺陷位置的电子-空穴对会产生净电流影响着器件的电流消耗。例如，如图4所示，当激光作用到半导体芯片100内部的MOS器件结构上时，激光会分别作用到MOS器件的源端的金属条401、漏端的金属条402、多晶栅极403，以及源端的金属条401和漏端的金属条402之间的有源区404，由于金属受热、多晶栅极403和有源区404的光吸收，从而产生相应的电子-空穴对，随后的热量会发生扩散，从而进一步导致半导体芯片100内部电流的变化。

所以，基于上述原理，当半导体芯片100内部存在潜在缺陷时，其最终的表现为半导体芯片100的输出电压和/或输出电流会发生明显的改变。在照射激光时，半导体芯片100产生的输出电压和/或输出电流，相比于初始电压和/或初始电流的变化值大于预设阈值，则可以确定半导体芯片100具有潜在缺陷。

具体的，参见图5，当没有激光对半导体芯片100进行照射时，其输出电压的波形，即初始电压的波形如图2所示。当扫描一定时间，或扫描至具有潜在缺陷的区域时，则半导体芯片100的输出电压波形如图5所示，其中波形4000为半导体芯片100的输出电压波形。从图5可以看出，输出电压的波形相比于图2中的初始电压的波形变化很大。

所以，当半导体芯片100产生的输出电压和/或输出电流，相比于初始电压和/或初始电流的变化值大于预设阈值，则半导体芯片100具有潜在缺陷。其中预设阈值可以根据需要进行设定，可以为百分比形式的数值，例如输出电压的变化率超过10％、20％则表示存在潜在缺陷。或者预设阈值也可以为其他形式的阈值，例如当电压的变化值超过该设定的值时，则表示存在潜在缺陷。具体预设阈值的数值，可以根据需要进行设定，在此并不限定。

其中，输出电压的变化值可以为电压峰值的变化值、电压有效值的变化值等等。具体的，可以根据实际情况进行设定，在此并不限制其具体的参数形式。

在实际应用时，可以由操作人员，通过对示波器104上所显示的波形图进行观察和判断，从而确定出半导体芯片100中是否存在有潜在缺陷。

或者，也可以在示波器104中加入计算模块，该计算模块可以实时的对波形图进行计算和处理，当示波器104所获取或显示的输出电压或输出电流，相比于初始电压或初始电流的变化值，大于预设阈值时，则自动进行提示。

再或者，本发明实施例提供的半导体芯片缺陷检测设备中还可以包括控制器。该控制器与示波器104通过电缆、数据总线等方式实现电连接。从而能够从示波器104中获取实时的输出电压或输出电流等参数，并对该输出电压或输出电流进行处理和计算，当输出电压或输出电流，相比于初始电压或初始电流的变化值，大于预设阈值时，则自动进行提示，确定出当前所检测的半导体芯片100具有潜在缺陷。其中控制器可以是CPU、单片机等具有逻辑处理能力的硬件设备。

在本发明实施例中，通过激光在待检测的半导体芯片表面进行扫描，同时在半导体芯片上连接电源，使得半导体芯片产生输出电压和/或输出电流。并通过示波器对输出电压和/或输出电流进行实时的检测。利用激光产生的光热和光电作用，使得半导体芯片内部的潜在缺陷进行扩展和生长，并且表现为输出电压和/或输出电流的明显变化。通过对比照射激光时半导体芯片的输出电压和/或输出电流，以及没有照射激光时半导体芯片的初始电压和/或初始电流，可以方便快捷的确定出待检测的半导体芯片内是否存在有潜在缺陷。并且由于采用了扫描的方式对半导体芯片表面进行照射，避免了因激光能量仅作用半导体芯片的局部而对半导体芯片表面产生的损伤。

本发明实施例提供的半导体芯片缺陷检测设备，能够用于执行GJB548B-2005微电子器件试验方法和程序中的方法1005.1稳态寿命的试验。目前的工程实践表明，稳态寿命试验存在试验时间长、试验难度较大和效果不佳难以暴露出半导体芯片中多层金属互连工艺中存在的潜在工艺缺陷或其它工艺缺陷。采用本发明实施例提供的半导体芯片缺陷检测设备，可检测出半导体芯片的金属化工艺中是否存在潜在工艺缺陷或其它缺陷，从而在较短的时间内快速验证承受规定条件的器件在整个工作时间内的质量或可靠性。从而对GJB548 B-2005微电子器件试验方法和程序中的方法1005.1稳态寿命起到补充和支持作用。

结合上述的实施例，在实际应用中，当确定出半导体芯片100内存在潜在缺陷后，还需要确定出潜在缺陷的具体位置。

为了能够快速的确定出潜在缺陷的具体位置，参见图6，本发明实施例提供的半导体芯片缺陷检测设备还可以包括：图像采集装置106。

图像采集装置设置于检测平台101上方，并靠近半导体芯片100，图像采集装置用于采集半导体芯片100在所述激光的照射下，发生光子发射的反光区域的图像。

当采用激光对半导体芯片100的表面进行照射时，半导体芯片100内部载流子发生能级跃迁都会伴有一定的光子发射，产生光辐射现象。具体的，半导体芯片100中的光辐射现象有：(1)非平衡少子注入到势垒和扩散区并与多子复合而产生光子；(2)在局部的强场作用下高速载流子与晶格原子发生碰撞离化，发射出光子；(3)介质发光，在高电场下，有隧道电流流过二氧化硅和氮化硅等介质薄膜时，就会有光子发射。

所以，当半导体芯片100存在有潜在缺陷时，例如，MOS管发生介质击穿、热载流子注入、PN结反向漏电以及内部电路发生闩锁。在这些具有潜在缺陷的位置处，因电子空穴对复合产生会发生光辐射现象，反射出个别的光子，产生一定的微光。

图像采集装置106设置在半导体芯片100的上方，可以集成在激光发生器102上，与激光发生器102构成整体式的结构组件；或者图像采集装置106也可以为单独的组件。当半导体芯片100的潜在缺陷的位置处产生光子反射时，图像采集装置106可以采集所发射出的光子，并通过光电转换及图像处理，从而能够获得发生光子发射的反光区域的图像，进而确定出潜在缺陷的具体位置区域。

具体的，如图6所示，图像采集装置106包括：探头111和处理器112。

探头111与处理器112连接。探头111设置于检测平台101上方，用于采集半导体芯片100在激光的照射下反射出的光子，并根据光子进行光电转换，得到电信号；处理器112用于对所述电信号进行图像化处理，生成反光区域的图像。

探头111为精密的光学探头，能够采集到所反射出的光子。探头111可以设置在检测平台101上方，且靠近半导体芯片100的位置处。例如，可以通过悬臂等方式，悬置于半导体芯片100上方。探头111采集到反射出的光子后，可以通过光电转换，产生相应的电信号。

探头111可以采用各种点连接的方式，如采用电缆、导线等方式，与处理器112实现连接。并将所产生的电信号传输至处理器112。处理器112可以为具有数据处理能力的硬件设备，如，计算机等设备。通过对电信号进行相应的图像化的处理，可以得到一张发光像，将发光像和半导体芯片表面的光学反射像叠加，就能生成反光区域的图像。其中反光区域即为存在有潜在缺陷的区域。从而实现了对潜在缺陷的位置进行定位。其中采集光子并生成反光区域的图像的具体技术方法，属于现有的光学检测技术，在此不再赘述。在本发明实施例中，最终获得的反光区域的图像可以如图7所示。图7中包括有半导体芯片100的光学反射像，方框701为反光区域，其中含有3个反光点。即方框701为存在有潜在缺陷的区域。

在实际应用中，可以采用正面光反射和背面反射两种方式，来采集半导体芯片100所反射出的光子。其中正面光反射是指光子透过相对透明的介质层，通过金属布线间介质层或沿着金属布线从芯片正面出射。如果使用红外或近红外光作为反射像的光源，由于硅对红外、近红外波段的透明性，可以倒扣放置半导体芯片100，使光源从芯片背面入射获得反射像。而发光像从背面出射，避免了半导体芯片100正面多层金属布线结构的吸收和反射，从而可以实现从半导体芯片100背面进行潜在缺陷位置定位。

结合上述的各个实施例，在本发明实施例提供的半导体芯片缺陷检测设备中，激光发生器102产生的激光的波长小于或等于1100nm。

根据光电发射第二定律(爱因斯坦定律)，光电子的最大动能与入射光的频率成正比，而与入射光强度无关。入射光子的能量至少要等于逸出功W时，才能发生光电发射，波长阈值λ₀＝c/v₀＝hc/W。式中λ₀是激光的光波波长，c是光速，v₀是光波频率，h是普朗克常数。将普朗克常数及光速值代入式中，得到λ₀＝1.24(μm.eV)/W＝1240/W(nm)。由于半导体的禁带宽度W为1.12eV，将该值代入计算出来的λ₀＝1100nm，即当入射光波长大于1100nm时，不论光强如何，以及照射时间多长，都不会有光电子产生而只会产生热量。所以，在实际应用时，激光发生器102产生的激光的波长需要小于或等于1100nm，在本发明实施例中，优选的，激光发生器102产生的激光的波长为1064nm。

参见图8，图8为本发明实施例提供的半导体芯片缺陷检测方法的流程图，其中包括步骤810～830。

步骤810，接通待检测的半导体芯片的电源，以使半导体芯片产生输出电压和/或输出电流。

在本发明实施例中，可以通过多种电连接方式，使得电源与半导体芯片相连接，从而使得电源能够为半导体芯片提供相应的负载电压或者负载电流。当电源为半导体芯片提供相应的负载电压或者负载电流之后，半导体芯片则会产生相应的输出电压和/或输出电流。

在实际应用中，为了便于操作，半导体芯片可以与预先制作的电路板连接，电路板为根据半导体芯片的功能与工作方式制作的一块电路驱动板。从而步骤810，接通待检测的半导体芯片的电源，包括：

接通与待检测的半导体芯片电连接的电路板的电源。通过电路板，为半导体芯片提供相应的负载电压或者负载电流。

步骤820，将激光以扫描的方式照射于半导体芯片的表面。

由于激光具有一定能量，若长时间作用于半导体芯片表面的局部区域，容易对半导体芯片表面产生损伤。激光需要以扫描的方式对半导体芯片的表面进行照射，避免对半导体芯片表面产生损伤。例如，半导体芯片可以被安装于能够发生移动的检测平台上。激光的位置为固定位置，而检测平台在水平面内进行移动，从而实现激光以扫描的方式对半导体芯片的表面进行照射。

具体的，步骤820，将激光以扫描的方式照射于半导体芯片的表面，可以包括：

步骤821，激光照射至半导体芯片的表面。

步骤822，在水平方向，按预设轨迹移动半导体芯片，使激光以预设轨迹扫描半导体芯片的表面。

在对半导体芯片进行检测时，首先将激光照射至半导体芯片的表面。然后，在水平方向上，按预设轨迹移动半导体芯片。例如，将半导体芯片安装于能够发生移动的检测平台上。然后使得该检测平台按预设轨迹在水平面内进行移动，从而使得激光以预设轨迹扫描半导体芯片的表面。

步骤830，持续监测输出电压和/或输出电流，若照射激光时，半导体芯片产生的输出电压和/或输出电流，相比于初始电压和/或初始电流的变化值大于预设阈值，则半导体芯片具有潜在缺陷。

其中，初始电压和/或初始电流为未对半导体芯片的表面照射所述激光时，半导体芯片的输出电压和/或输出电流。

当通过电源对半导体芯片施加了负载电压或者负载电流之后，就可以对半导体芯片所输出的输出电压和/或输出电流进行持续的监测。例如，通过示波器等设备，持续采集半导体芯片的输出电压和/或输出电流，并进行处理及显示。

当半导体芯片安装在电路板上，并与电路板点连接时，相应的，步骤830中的持续监测输出电压和/或输出电流，包括：

持续监测电路板上所输出的输出电压和/或输出电流。电路板通过相应的引脚或接口，能够将半导体芯片的输出电压和/或输出电流引出，所以可以之间监测电路板上所输出的输出电压和/或输出电流。

在采用激光对半导体芯片进行扫描时，持续地监测半导体芯片的输出电压和/或输出电流。由于激光所产生的光热和光电作用，使得半导体芯片内部的潜在缺陷进行扩展和生长，从而使得半导体芯片的输出电压和/或输出电流，相比于没有激光照射时的初始电压和/或初始电流，会发生明显的改变。

所以，当半导体芯片产生的输出电压和/或输出电流，相比于初始电压和/或初始电流的变化值大于预设阈值，则半导体芯片具有潜在缺陷。具体预设阈值的数值，可以根据需要进行设定，在此并不限定。

在本发明实施例中，通过激光在在待检测的半导体芯片表面进行扫描，同时在半导体芯片上连接电源，使得半导体芯片产生输出电压和/或输出电流。并通过示波器对输出电压和/或输出电流进行实时的检测。利用激光产生的光热和光电作用，使得半导体芯片内部的潜在缺陷进行扩展和生长，并且表现为输出电压和/或输出电流的明显变化。从而可以方便快捷的确定出待检测的半导体芯片内是否存在有潜在缺陷。并且由于采用了扫描的方式对半导体芯片表面进行照射，避免了因激光能量仅作用半导体芯片的局部而对半导体芯片表面产生的损伤。

结合上述的实施例，当确定出半导体芯片内存在潜在缺陷后，还需要进一步确定出潜在缺陷的具体位置。在本发明实施例中，可以采用光发射显微镜技术，来实现对潜在缺陷的具体位置的定位。

所以，在本发明实施例提供的半导体芯片缺陷检测方法中，还可以包括步骤840和850。

步骤840，在对半导体芯片的表面进行照射时，采集所述半导体芯片在激光的照射下，发生光子发射的反光区域的图像。

当采用激光对半导体芯片的表面进行照射时，半导体芯片内部载流子发生能级跃迁都会伴有一定的光子发射，产生光辐射现象。尤其当半导体芯片存在有潜在缺陷时，在这些具有潜在缺陷的位置处，因电子空穴对复合产生会发生光辐射现象，反射出个别的光子，产生一定的微光。

所以，在对半导体芯片的表面进行照射时，可以通过探头等光学设备，采集半导体芯片所发出的个别的光子，从而根据所采集的光子，生成发生光子发射的反光区域的图像。

具体的，步骤840，采集半导体芯片在激光的照射下，发生光子发射的反光区域的图像，可以包括：

步骤841，采集半导体芯片在激光的照射下，发生光子发射时所反射出的光子，并生成发光图像。

探头等光学设备，可以采集到半导体芯片在激光的照射下，发生光子发射时所反射出的光子。并根据所采集到的光子进行相应的放大、光电转换和图像处理，得到发光图像。该发光图像为反射出的光子构成的发光图像。

步骤842，采集半导体芯片的光学反射图像。

探头等光学设备同样可以采集到半导体芯片的光学反射图像，该光学反射图像为显示整个半导体芯片的外形轮廓的图像。

步骤843，将发光图像与反射图像叠加，得到反光区域的图像。

将发光图像与反射图像叠加后，则光子构成的发光图像可以显示在反应半导体芯片的外形轮廓的光学反射图像上。从而能够合成出能够显示出发生了光子反射位置的反光区域的图像。

步骤850，将图像中的反光区域，作为半导体芯片具有潜在缺陷的区域。

当确定出了反光区域的图像之后，由于在具有潜在缺陷的位置区域，才会明显的发生光子反射的现象，所以该反光区域的图像中的反光区域即为存在有潜在缺陷的区域。从而实现了对潜在缺陷的位置进行定位。

结合上述的各个实施例，在本发明实施例中，当将所述图像中的所述反光区域，作为所述半导体芯片具有潜在缺陷的区域之后，还可以对该区域的具体的潜在缺陷的形式和产生原因进行分析。

所以，在本发明实施例中，还可以包括：步骤860，按预设方法，对具有潜在缺陷的区域进行失效分析。

其中预设方法，主要可以包括FIB(Focused Ion beam，聚焦离子束)分析，以及能谱分析等等。

通过FIB分析，能够确定出半导体芯片的潜在缺陷位置截面的结构情况。参见图9，图9中的方框901所框选出的区域为潜在缺陷区域截面的结构。从图9中可以看出，潜在缺陷位置处多层互连金属熔融在一起。

针对缺陷区域，还可以进行能谱分析。参见图10，进行能谱分析后的能谱图如图10所示。

对应图10所示的能谱图，得到如表1所示的缺陷区域处的成分列表。

表1

元素	Wt％	At％
			C	10.95	33.79
O	04.29	09.94
			Cu	75.54	44.08
Si	09.23	12.18

从表1中可以看出，熔融金属的成份主要是金属铜，此外还有Si元素和O元素。

由于如果是大电流烧毁形成的层金属材料融合成一体，则金属中不应有Si、O元素的存在，并且大电流烧毁的典型形状会产生不规则的裂纹。所以，基于上述分析结果，可以确定出半导体芯片中的潜在缺陷是金属铜的扩散形成。例如，由于在半导体芯片的基体上，上一层铜在CMP工艺时，所产生的凹陷和侵蚀，会在下一层铜抛光中形成金属残留，这种金属残留物主要是由于介质层的表面不平引起的，当研磨时这些金属残留物破坏了铜表面的阻挡层，由于阻挡层材料的缺失导致了金属铜在介质材料中的扩散进而产生了漏电通道。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。并且，本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

Claims (10)

1.一种半导体芯片缺陷检测设备，其特征在于，包括：

检测平台，待检测的半导体芯片固定安装于所述检测平台；

激光发生器，所述激光发生器设置于所述检测平台上方，用于产生照射于所述半导体芯片表面的激光，所述激光发生器与所述检测平台之间能够发生相对位移，以使所述激光能够以扫描的方式照射于所述半导体芯片表面；

电源，所述电源与所述半导体芯片连接，为所述半导体芯片供电；

示波器，所述示波器与所述半导体芯片连接，用于检测并显示所述半导体芯片中所产生的输出电压和/或输出电流。

2.根据权利要求1所述的半导体芯片缺陷检测设备，其特征在于，所述半导体芯片缺陷检测设备还包括：电路板；

所述电路板与所述检测平台固定连接，所述半导体芯片设置于所述电路板上，与所述电路板电连接；

所述电路板分别与所述电源和所述示波器连接。

3.根据权利要求1或2所述的半导体芯片缺陷检测设备，其特征在于，所述激光发生器的水平位置固定；

所述检测平台能够在水平方向按预设轨迹移动，以使所述激光发生器发出的激光按所述预设轨迹对所述半导体芯片表面进行扫描。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体芯片缺陷检测设备，其特征在于，所述半导体芯片缺陷检测设备还包括：图像采集装置；

所述图像采集装置设置于所述检测平台上方，用于采集所述半导体芯片在所述激光的照射下发生光子发射的反光区域的图像。

5.根据权利要求4所述的半导体芯片缺陷检测设备，其特征在于，所述图像采集装置包括：探头和处理器；

所述探头与所述处理器连接；

所述探头设置于所述检测平台上方，用于采集所述半导体芯片在所述激光的照射下反射出的光子，并根据所述光子进行光电转换，得到电信号；

所述处理器用于对所述电信号进行图像化处理，生成反光区域的图像。

6.一种半导体芯片缺陷检测方法，其特征在于，包括：

接通待检测的半导体芯片的电源，以使所述半导体芯片产生输出电压和/或输出电流；

将所述激光以扫描的方式照射于所述半导体芯片的表面；

持续监测所述输出电压和/或所述输出电流，若照射所述激光时，所述半导体芯片产生的输出电压和/或所述输出电流，相比于初始电压和/或初始电流的变化值大于预设阈值，则确定所述半导体芯片具有潜在缺陷，所述初始电压和/或所述初始电流为未对所述半导体芯片的表面照射所述激光时，所述半导体芯片的输出电压和/或输出电流。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述接通待检测的半导体芯片的电源，包括：

接通与待检测的半导体芯片电连接的电路板的电源；

所述持续监测所述输出电压和/或所述输出电流，包括：

持续监测所述电路板上输出的所述输出电压和/或所述输出电流。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述将所述激光以扫描的方式照射于所述半导体芯片的表面，包括：

将所述激光照射至所述半导体芯片的表面；

在水平方向，按预设轨迹移动所述半导体芯片，使所述激光以所述预设轨迹扫描所述半导体芯片的表面。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在对所述半导体芯片的表面进行照射时，采集所述半导体芯片在所述激光的照射下，发生光子发射的反光区域的图像；

将所述图像中的所述反光区域，作为所述半导体芯片具有潜在缺陷的区域。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述采集所述半导体芯片在所述激光的照射下，发生光子发射的反光区域的图像，包括：

采集所述半导体芯片在所述激光的照射下，发生光子发射时所反射出的光子，并生成发光图像；

采集所述半导体芯片的光学反射图像；

将所述发光图像与所述反射图像叠加，得到所述反光区域的图像。