CN1877292A - 缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种缺陷检测方法。首先提供一半导体检测件，且该半导体检测件中包括至少一缺陷，然后利用一失效分析(FA)技术，于该半导体检测件的背面检测出至少一可疑异常区域(suspected area)，接着利用一物理能量，于该半导体检测件背面的该可疑异常区域周围形成多个参考标记，最后利用该些参考标记，于该半导体检测件的正面标定出该缺陷的相对位置。

Description

缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及一种半导体检测件缺陷检测方法，特别是涉及一种于半导体检测件背面进行缺陷检测的方法。

背景技术

在集成电路的制作过程中，各种工艺的因素常常是环环相扣，也就是说，前一个工艺步骤所产生的缺陷常常在下一个或是之后的工艺中也产生相对应的缺陷，以至于造成最后产品成品率上的问题。因此，能实时地对已产生的缺陷做出分析，找出缺陷发生的原因，并加以排除，便成为品保技术的核心能力之一。而随着半导体元件尺寸不断的缩小，由半导体工艺所引发并足以对成品率产生影响的缺陷尺寸，亦不断地微小化。在此种趋势之下，要对这些微小的缺陷做精确的横切面分析已经变得越来越不容易，因此各种显微及失效分析(failure analysis，FA)技术不断的产生，以期能通过对试片制备方法的改良、分析仪器精密度的提升、以及分析仪器与分析原理的交互运用，来克服这个问题。

请参考图1，图1为现有技术中一缺陷检测方法10的流程示意图。如图1所示，首先进行取样12，选定一半导体晶片为样本来进行后续缺陷检测与分析工作，接着进行一缺陷检测步骤14。一般而言，大多利用适当的缺陷侦测机器以大范围扫描的方式，来比对并侦测出此半导体晶片上的所有缺陷。由于半导体晶片上的缺陷数量多半相当大，因此在实务上不可能一一以人工的方式进行扫描式电子显微镜(SEM)再检测，是以为了方便起见，现行大都是先进行一人工缺陷分类16，建立起一缺陷数据库，再由可侦测到的所有缺陷中，严选出一些较具有代表性的主要缺陷(killer defect)类型，最后再让工程师以人工的方式对所选出的样本来进行缺陷再检测(defect review)18，以进一步对该些缺陷进行缺陷原因分析(defect root cause analysis)20，期找出抑制或减少这些缺陷的方法。

在现有技术中，所遭遇到最大的问题就是往往在缺陷检测14中会发现大量的缺陷数量，例如可能一两千个，但工程师往往也只能从中以抽样的方式挑选出一部份的缺陷作为样本，例如100个，来进行缺陷再检测18以及后续缺陷分析、排除的工作。一般而言，初期主要缺陷(killer defect)的选取几乎是完全靠工程师的个人经验判断来进行检测分析外，大多数时间，也仅能从中随机选取一些缺陷作为缺陷再检测18的样本，这将严重降造成时间与人力的耗费，连带影响后续缺陷分析的准确度。

此外，在所有的缺陷当中，除了大多数直接位于半导体晶片表面的缺陷，可以利用正面分析技术(front side analysis)来作失效分析(FA)，许多与工艺息息相关的缺陷还存在于半导体晶片的下层、底层与背面，而要检测位于晶片底层的缺陷往往是工艺中极为困难的步骤，尤其是对于多层金属导线的芯片(multi metal layers chip)而言。因此，目前便利用正面分析技术并辅助以背面分析技术(backside analysis)来作更精确的失效分析(FA)，而在检测于半导体晶片的背面分析技术时，一般只能利用布局图导向系统(1ayout navigationsystem)于半导体元件背面进行缺陷检测。然而，由于电路布局图为各客户的高度商业机密，并无法轻易得知，因此常导致晶片代工厂时的缺陷分析、排除时间的大幅延长或是在量产时对电性效能(electrical performance)、可靠度(reliability)、成品率(yield rate)及产能(throughput)造成严重的影响。是以，目前迫切需要一种快速而有效率的缺陷检测方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种缺陷检测方法，以改善现有利用布局图导向系统(layout navigation system)于半导体检测件背面进行缺陷检测所耗费的成本与时间。

根据本发明权利要求所揭露的一种缺陷检测方法，首先提供一半导体检测件，且该半导体检测件中包括至少一缺陷，然后利用一失效分析(FA)技术，于该半导体检测件的背面检测出至少一可疑异常区域(suspected area)，接着利用一物理能量，于该半导体检测件背面的该可疑异常区域周围形成多个参考标记，最后利用该些参考标记，于该半导体检测件的正面标定出该缺陷的相对位置。

根据本发明权利要求所揭露的另一种缺陷检测方法，首先提供一半导体检测件，且该半导体检测件中包括至少一缺陷，然后利用一失效分析(FA)技术，于该半导体检测件的背面检测出至少一可疑异常区域(suspected area)，接着利用一第一物理能量，于该半导体检测件背面的该可疑异常区域周围形成多个第一参考标记，最后利用一第二物理能量及该些第一参考标记，于该半导体检测件的正面形成多个第二参考标记，以标定出该缺陷的相对位置。

根据本发明权利要求所揭露的另一种缺陷检测方法，首先提提供一半导体检测件，且该半导体检测件中包括至少一缺陷，然后利用一失效分析(FA)技术，于该半导体检测件的背面检测出至少一可疑异常区域(suspected area)，接着利用一物理能量，于该半导体检测件背面的该可疑异常区域周围形成多个第一参考标记，最后利用一电压对比异常(voltage contrast abnormal)及该些第一参考标记，于该半导体检测件的正面标定出该缺陷的相对位置。

有别于现有于半导体检测件背面进行缺陷检测的方法，本发明先利用失效分析(FA)技术，以于一半导体检测件的背面找出可疑异常区域的位置，然后在锁定物理能量损坏信号之后，再利用一非接触式的物理能量，以破坏性的方式于半导体检测件背面的可疑异常区域的周围形成多个参考标记，藉以标定缺陷的位置，因此可有效改善现有利用布局图导向系统于半导体元件背面进行缺陷检测所耗费的成本与时间。

附图说明

图1为现有技术中一缺陷检测方法的流程示意图。

图2为本发明第一实施例于一半导体检测件背面检视暨标定缺陷的示意图。

图3为本发明第一实施例的半导体检测件正面的上视图。

图4至图6为本发明另一实施例于半导体检测件的背面、正面检视暨标定缺陷的示意图。

图7为本发明又一实施例于一半导体检测件的正面检视暨标定缺陷的示意图。

简单符号说明

10   缺陷检测方法     12   取样

14   缺陷检测         16   人工缺陷分类

18   缺陷再检测       20   缺陷原因分析

100  半导体检测件     102  正面

104  背面            106  缺陷

120  激光发射装置    122  参考标记

200  半导体检测件    202  正面

204  背面            206  缺陷

220  激光发射装置    222  参考标记

224  参考标记        300  半导体检测件

302  正面            306  缺陷

322  参考标记

具体实施方式

请参考图2。图2为本发明第一实施例于一半导体检测件背面检视暨标定缺陷的示意图。如图2所示，首先提供一半导体检测件100，半导体检测件100视应用的工艺阶段不同而可为一半导体晶片(wafer)、晶粒(die)、或芯片(chip)，在此以一半导体晶片为例，半导体检测件100包含一正面102与一背面104，且半导体检测件100中包括至少一缺陷106或一可疑异常点(suspected spot)。其中，缺陷106或可疑异常点可通过热点(hot spot)分析、红外线诱发阻抗变化分析(IR OBIRCH)、放射(emission)等失效分析(FA)技术来追踪半导体检测件100背面104所呈现的可疑异常信号(suspected signal)，进而锁定可疑异常区域(suspected area)的位置。

以利用光子显微镜(photo-emission microscope)来进行一激光束诱发阻抗变化分析(OBIRCH)的方式为例。首先，利用激光束在半导体检测件100的背面104进行扫描。在扫描过程中，激光束的部分能量则会转化为热量。如果在半导体检测件100上存在着任何缺陷或者空洞，这些区域附近的热量传导将会不同于其它的完整区域，而引起局部温度变化，形成可疑异常信号。除此之外，亦可利用一固定电压导通半导体检测件100两端，并通过该电压所提供的电流变化的大小与所成影像的像素亮度对应，而像素的位置则与电流发生变化时来与激光扫描到的位置相对应。如此，就可以产生OBIRCH像来确定缺陷位置。藉此，本发明可寻找半导体检测件100中的缺陷，以有效地对电路中缺陷定位，诸如线条中的空洞、通孔下的空洞等，并有效的检测短路或漏电位置。

接着提供一非接触式的物理能量(physical energy)，以破坏性的方式于半导体检测件100的背面104的可疑异常区域(suspected area)的周围形成多个参考标记122。换句话说，本发明是先利用前述的热点、红外线诱发阻抗变化、放射(emission)等失效分析(FA)装置(未显示)找出半导体检测件100背面104的可疑异常区域(suspected area)的位置，然后在锁定物理能量损坏信号(physical energy damage signal)之后，便利用一激光发射装置120直接在背面104的缺陷106周围形成多个参考标记122，藉以标定缺陷106的位置。

值得注意的是，形成于背面104的缺陷106周围的参考标记122需可由半导体检测件100的正面102来观察之。请参考图3，图3为本发明第一实施例的半导体检测件100正面102的上视图。一般而言，半导体晶片的厚度介于9000埃()至14000埃中间，而为了能于半导体检测件100的正面102辨别出参考标记122的正确位置，使用者可调整激光束光源的强度，以有效于半导体检测件100的背面104形成多个破坏性受损点，亦即前述的参考标记122，且该些参考标记122需可由半导体检测件100的正面102来观察之。

最后再利用光学显微镜、扫描式电子显微镜、穿透式电子显微镜或是聚焦离子束显微镜由半导体检测件100的正面102来检视，并视实际状况需要配合物理性(如等离子体蚀刻)方法或是化学性(如溶液的作用)的去除膜层(delayer)技术来分析，终而找出缺陷106位置及发生原因，加以排除。

而根据本发明的另一实施例，本发明又可利用至少一非接触式的物理能量(physical energy)分别于半导体检测件的正、反两面各形成多个破坏性受损点，并通过该些受损点来判断出缺陷的正确位置。请参照图4至图6，图4至图6为本发明另一实施例于半导体检测件的背面、正面检视暨标定缺陷的示意图。

如同先前所述的第一实施例，首先提供一半导体检测件200，半导体检测件200包含一正面202与一背面204，且半导体检测件200中包括至少一缺陷206或一可疑异常点。接着利用前述的热点、红外线诱发阻抗变化、放射等失效分析(FA)装置(未显示)由半导体检测件200背面204找出可疑异常区域(suspected area)的位置，然后在锁定物理能量损坏信号(physical energydamage signal)之后，随即利用一激光发射装置220直接在背面204的缺陷206周围形成多个参考标记222，藉以标定缺陷206的位置，如图5所示。然后再利用激光发射装置220于半导体检测件200的正面202另形成多个参考标记224，并视实际状况，可重复上述步骤，以使正面202的参考标记224趋近(approach)背面204的各参考标记222，终使参考标记222的位置与半导体检测件200背面204参考标记的位置相互重迭，如图6所示。

同样地，最后再利用光学显微镜、扫描式电子显微镜、穿透式电子显微镜或是聚焦离子束显微镜由半导体检测件200的正面202来检视，并视实际状况需要配合物理性方法或是化学性的去除膜层技术来分析，终而找出缺陷206位置即发生原因，加以排除。

此外，本发明亦可直接利用一固定电压导通半导体检测件，并通过该电压所产生的电流变化而于半导体检测件的正面标定出缺陷的位置。请参照图7，图7为本发明又一实施例于一半导体检测件的正面检视暨标定缺陷的示意图。首先提供一半导体检测件300，半导体检测件300包含一正面302与一背面(图未示)，且半导体检测件300中包括至少一缺陷306或一可疑异常点。接着利用前述的热点、红外线诱发阻抗变化、放射等失效分析(FA)装置(未显示)找出半导体检测件300背面的可疑异常区域的位置，然后在锁定物理能量损坏信号之后，便利用一激光发射装置(未显示)直接在背面的缺陷306周围形成多个标记322。

接着提供一固定电压，并利用该电压形成多条电流导通半导体检测件300，其中半导体检测件300的一端连接一电压源V_cc，另一端则接地(ground)。由于在激光束扫描过程中，激光束的部分能量则会转化为热量，因此如果在半导体检测件上存在着任何缺陷，这些缺陷附近的热量传导将会不同于其它的完整区域，引起局部温度变化而造成破坏性受损点。因此在破坏性受损点形成后，便可利用该固定电压导通半导体检测件300，然后经由缺陷306附近的电压对比异常(voltage contrast abnormal)而由半导体检测件300的正面302标定出缺陷306的所在位置。

相较于现有用来检测半导体缺陷的方法，本发明先利用失效分析(FA)技术，以于一半导体检测件的背面找出可疑异常区域的位置，然后在锁定物理能量损坏信号之后，再利用一非接触式的物理能量，以破坏性的方式于半导体检测件背面的可疑异常区域的周围形成多个参考标记，藉以标定缺陷的位置。接着可再利用激光标记或电压对比异常(voltage contrast abnormal)等方式，于半导体检测件的正面还形成多个相对应的参考标记或凸显缺陷的所在位置。最后再利用光学显微镜、扫描式电子显微镜、穿透式电子显微镜或是聚焦离子束显微镜由半导体检测件的正面来检视，并配合物理性方法或是化学性的去除膜层技术来分析缺陷位置及发生原因，加以排除。如此一来，不仅可以解决现有利用布局图导向系统的困难性，又可改善现有利用该系统以于半导体检测件背面进行缺陷检测所耗费的成本与时间。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (22)

1.一种缺陷检测方法，该缺陷检测方法包括下列步骤：

提供一半导体检测件，且该半导体检测件中包括至少一缺陷；

利用一失效分析技术，于该半导体检测件的背面检测出至少一可疑异常区域；

利用一物理能量，于该半导体检测件背面的该可疑异常区域周围形成多个参考标记；以及

利用该些参考标记，于该半导体检测件的正面标定出该缺陷的相对位置。

2.如权利要求1所述的缺陷检测方法，其中该半导体检测件包含半导体晶片、晶粒或芯片。

3.如权利要求1所述的缺陷检测方法，其中该失效分析技术利用热点、红外线诱发阻抗变化分析、放射等失效分析装置来施行。

4.如权利要求3所述的缺陷检测方法，其中该些失效分析装置会于该缺陷的相对位置而于该半导体检测件的背面产生一可疑异常信号，进而检测出该可疑异常区域的位置。

5.如权利要求1所述的缺陷检测方法，其中该物理能量为激光。

6.如权利要求1所述的缺陷检测方法，其中于该半导体检测件的正面标定出该缺陷的相对位置的步骤利用电压对比异常方法来实施。

7.如权利要求1所述的缺陷检测方法，其中于该半导体检测件的正面标定出该缺陷的相对位置的步骤利用电射标记方法来实施。

8.如权利要求1所述的缺陷检测方法，其中于该半导体检测件的正面标定出该缺陷的相对位置之后，该缺陷检测方法还包括一检视步骤。

9.如权利要求8所述的缺陷检测方法，其中该检视步骤利用光学显微镜、扫描式电子显微镜、穿透式电子显微镜或是聚焦离子束显微镜来检视该半导体检测件的正面。

10.如权利要求9所述的缺陷检测方法，其中该检视步骤还配合有至少一物理性方法或是化学性的去除膜层技术来分析该缺陷的位置。

11.一种缺陷检测方法，该缺陷检测方法包括下列步骤：

提供一半导体检测件，且该半导体检测件中包括至少一缺陷；

利用一失效分析技术，于该半导体检测件的背面检测出至少一可疑异常区域；

利用一第一物理能量，于该半导体检测件背面的该可疑异常区域周围形成多个第一参考标记；以及

利用一第二物理能量及该些第一参考标记，于该半导体检测件的正面形成多个第二参考标记，以标定出该缺陷的相对位置。

12.如权利要求11所述的缺陷检测方法，其中该半导体检测件包含半导体晶片、晶粒或芯片。

13.如权利要求11所述的缺陷检测方法，其中该失效分析技术利用热点、红外线诱发阻抗变化分析、放射等失效分析装置来施行，且该些失效分析装置会于该缺陷的相对位置而于该半导体检测件的背面产生一可疑异常信号，进而检测出该可疑异常区域的位置。

14.如权利要求11所述的缺陷检测方法，其中该些物理能量为激光。

15.如权利要求11所述的缺陷检测方法，其中于该半导体检测件的正面标定出该缺陷的相对位置之后，该缺陷检测方法还包括一利用光学显微镜、扫描式电子显微镜、穿透式电子显微镜或是聚焦离子束显微镜来检视该半导体检测件的正面的检视步骤。

16.如权利要求15所述的缺陷检测方法，其中该检视步骤还配合有至少一物理性方法或是化学性的去除膜层技术来分析该缺陷的位置。

17.一种缺陷检测方法，该缺陷检测方法包括下列步骤：

提供一半导体检测件，且该半导体检测件中包括至少一缺陷；

利用一失效分析技术，于该半导体检测件的背面检测出至少一可疑异常区域；

利用一物理能量，于该半导体检测件背面的该可疑异常区域周围形成多个第一参考标记；以及

利用一电压对比异常及该些第一参考标记，于该半导体检测件的正面标定出该缺陷的相对位置。

18.如权利要求17所述的缺陷检测方法，其中该半导体检测件包含半导体晶片、晶粒或芯片。

19.如权利要求17所述的缺陷检测方法，其中该失效分析技术利用热点、红外线诱发阻抗变化分析、放射等失效分析装置来施行，且该些失效分析装置会于该缺陷的相对位置而于该半导体检测件的背面产生一可疑异常信号，进而检测出该可疑异常区域的位置。

20.如权利要求17所述的缺陷检测方法，其中该些物理能量为激光。

21.如权利要求17所述的缺陷检测方法，其中于该半导体检测件的正面标定出该缺陷的相对位置之后，该缺陷检测方法还包括一利用光学显微镜、扫描式电子显微镜、穿透式电子显微镜或是聚焦离子束显微镜来检视该半导体检测件的正面的检视步骤。

22.如权利要求21所述的缺陷检测方法，其中该检视步骤还配合有至少一物理性方法或是化学性的去除膜层技术来分析该缺陷的位置。

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