DE102004010244A1 - High leakage current trench capacitor cells detecting method for use in dynamic RAM, involves comparing measure of leakage current of capacitor cells to recognize those cells having high leakage current - Google Patents

High leakage current trench capacitor cells detecting method for use in dynamic RAM, involves comparing measure of leakage current of capacitor cells to recognize those cells having high leakage current Download PDF

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Abstract

The method involves directing an electron beam (3) toward an area (8) having trench capacitor cells (4) so that secondary electrons from the capacitor cells are emitted. A measure of leakage current of the capacitor cells are determined based on the quantity of the secondary electrons. The measure of leakage current of the capacitor cells are compared to recognize those cells having high leakage current. An independent claim is also included for a device for detecting trench capacitor cells having high leakage current on a substrate disk.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren von Kapazitätszellen mit erhöhtem Leckstrom in einem freiliegenden Kapazitätszellenfeld auf einer Substratscheibe, insbesondere ein Verfahren zum Detektieren von Trenchkapazitätszellen mit erhöhtem Leckstrom. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Detektieren von Kapazitätszellen auf einer Substratscheibe.The The invention relates to a method for detecting capacitance cells with elevated Leakage current in an exposed capacitance cell field on a substrate wafer, in particular, a method of detecting trench capacitance cells with elevated Leakage current. The invention further relates to a device for Detecting capacity cells on a substrate disk.

DRAM-Speicherzellen speichern Informationen in Form von Ladungen in Kapazitätsbauelementen. Diese werden häufig als Kapazitätszellen ausgebildet, bei der die Kapazität in einem Graben auf einer Halbleiteroberfläche eines Substrats angeordnet ist. Aufgrund ihrer Herstellungsweise kommt es beim Betrieb der integrierten Speicherschaltung zu Leckströmen in den Kapazitätszellen, durch die gespeicherte Ladungen abfließen können und somit unter Umständen die gespeicherte Information verloren geht.DRAM memory cells store information in the form of charges in capacity devices. These become common as capacity cells trained in the capacity is arranged in a trench on a semiconductor surface of a substrate. Due to their manufacturing process, it comes in the operation of the integrated Memory circuit to leakage currents in the capacity cells, can drain through the stored charges and thus possibly the stored information is lost.

Um den Informationsverlust zu vermeiden, werden üblicherweise die Ladungen in den Kapazitätszellen in regelmäßigen Abständen verstärkt. Es wird dadurch vermieden, dass die darin gespeicherte Information verloren geht. Dieser Vorgang wird Auffrischen genannt und wird in regelmäßigen zeitlichen Abständen in allen Kapazitätszellen durchgeführt. Die zeitlichen Abstände der Auffrischvorgänge sind einerseits möglichst groß zu wählen, um den Stromverbrauch der integrierten Speicherschaltung zu begrenzen. Andererseits ist es notwendig, dass die Zeitdauer zwischen den Auffrischvorgängen ausreichend klein gewählt ist, so dass die in den Kapazitätszellen gespeicherte Information nicht verloren gehen kann. Die sogenannte Retention-Zeit ist die eingestellte Zeitdauer, in der eine Kapazitätszelle die darin gespeicherte Ladungsinformati on zuverlässig hält, und deren Mindestwert ist spezifikationsgemäß vorgegeben. Bei der Herstellung der integrierten Speicherschaltung ist es somit notwendig, dass die Retention-Zeit größer ist als die vorgegebene Auffrischperiode.Around To avoid the loss of information, are usually the charges in the capacity cells reinforced at regular intervals. It will thereby avoiding that the information stored therein is lost goes. This process is called refreshing and is done at regular intervals in all capacity cells carried out. The time intervals the refreshing processes are on the one hand as possible big too choose, to limit the power consumption of the integrated memory circuit. On the other hand, it is necessary that the time between refresh operations be sufficient chosen small is, so that's in the capacity cells stored information can not be lost. The so-called Retention time is the set time period in which a capacity cell holds the charge information stored therein reliably, and whose minimum value is specified according to specification. In the manufacture of the integrated memory circuit, it is thus necessary that the retention time is larger as the predetermined refresh period.

Während der Herstellung der integrierten Speicherschaltung kann die Retention-Zeit der Kapazitätszellen bislang nicht überwacht werden, so dass die Zeit zwischen dem Prozessieren der Kapazitätszellen und dem Testen der Retention-Zeit im fertigen Baustein sehr groß wird. Dadurch ist die Prozessentwicklung hinsichtlich der Retention-Zeit sehr schwierig und zeitaufwändig.During the Making the integrated memory circuit can reduce the retention time the capacity cells not yet monitored so that the time between processing the capacity cells and testing the retention time in the finished device becomes very large. This is the process development in terms of retention time very difficult and time consuming.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der bereits während der Herstellung der integrierten Schaltung möglichst unmittelbar nach dem Prozessieren der Kapazitätszellen ein Maß für die Retention-Zeit, die mit dem Leckstromverhalten der Kapazitätszelle korreliert, ermittelt werden kann.It is therefore an object of the present invention, a method and a device available to put up with that already during the production of the integrated circuit as soon as possible after the Processing the capacity cells a measure of the retention time, which correlates with the leakage current behavior of the capacitance cell determined can be.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1, sowie durch die Vorrichtung nach Anspruch 7 gelöst.These The object is achieved by the method according to claim 1, as well as by the Device solved according to claim 7.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Detektieren von Kapazitätszellen mit erhöhtem Leckstrom ein einem freiliegenden Kapazitätszellenfeld auf einer Substratscheibe vorgesehen. Auf einem Bereich mit einer oder mehreren Kapazitätszellen auf der Substratscheibe wird ein Elektronenstrahl gerichtet, so dass Sekundärelektronen aus der Oberfläche des Substrat emittiert werden. Ein Maß für den Leckstrom einer Kapazitätszelle in dem Bereich wird abhängig von der Menge der emittierten Sekundärelektronen aus der Kapazitätszelle bestimmt. Die Maße für den Leckstrom der mehreren Kapazitätszellen werden verglichen, um Kapazitätszellen mit erhöhtem Leckstrom zu erkennen.According to one The first aspect of the present invention is a method for detecting of capacity cells with elevated Leakage current to an exposed capacitance cell array on a substrate wafer intended. On an area with one or more capacity cells on the substrate disk, an electron beam is directed, so that secondary electrons from the surface of the substrate are emitted. A measure of the leakage current of a capacitance cell in the area becomes dependent from the amount of emitted secondary electrons from the capacitance cell certainly. The dimensions for the leakage current the multiple capacity cells are compared to capacity cells with elevated To detect leakage current.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Möglichkeit, bereits während dem Prozessieren von integrierten Speicherschaltungen mit Kapazitätszellen zu erkennen, ob und welche der Kapazitätszellen einen im Vergleich zu den übrigen Kapazitätszellen erhöhten Leckstrom aufweisen. Durch Bestrahlen der Oberfläche des Substrats mit einem Elektronenstrahl werden Sekundärelektronen aus der Oberfläche emittiert, wobei die Anzahl der emittierten Sekundärelektronen von der Größe der an der Oberfläche befindlichen Ladung im Substrat abhängt. Das heißt, je geringer das Potential an einer Stelle an der Oberfläche des Substrats ist, desto mehr Elektronen befinden sich dort und desto mehr Sekundärelektronen werden beim Bestrahlen mit einem Elektronenstrahl emittiert.The inventive method offers a way already during the processing of integrated memory circuits with capacity cells to see if and which of the capacity cells one in comparison to the rest Capacitance cells increased leakage current exhibit. By irradiating the surface of the substrate with a Electron beam become secondary electrons from the surface emitted, the number of emitted secondary electrons on the size of the the surface located Charge in the substrate depends. That is, ever lower the potential at a location on the surface of the Substrate is, the more electrons are there and the more become more secondary electrons emitted when irradiated with an electron beam.

Mithilfe der detektierten Menge von emittierten Sekundärelektronen können Rückschlüsse auf das an einer Stelle der Oberfläche des Substrats vorliegende Potential getroffen werden. Das an einer Kapazitätszelle vorherrschende Potential ist abhängig von deren Leckstromverhalten bezüglich des umgebenden Substrats und kann als Maß für den elektrischen Widerstand zwischen den beiden Elektroden der Kapazität angenommen werden, durch die das Leckstromverhalten der betreffenden Kapazitätszelle bestimmt ist.aid The detected amount of emitted secondary electrons can draw conclusions about the at one point of the surface potential of the substrate are met. That at a capacity cell prevailing potential is dependent from their leakage current behavior with respect of the surrounding substrate and can be used as a measure of electrical resistance between the two electrodes of the capacity to be accepted by which determines the leakage current behavior of the relevant capacity cell is.

In einer ersten Ausführungsform können die emittierten Sekundärelektronen in dem Bereich optisch erfasst werden, wobei eine Intensität der optisch erfassten Darstellung an jeder der Kapazitätszellen ein Maß für den Leckstrom der im Bereich befindlichen Kapazitätszellen angibt.In a first embodiment, the emitted secondary electrons are optically detected in the area, wherein an intensity of the optically detected representation of each of the capacitance cells indicates a measure of the leakage current of the capacitance cells located in the area.

Vorzugsweise wird das Substrat der Substratscheibe mit einer Vorspannung vorgespannt, wobei die Vorspannung so gewählt werden kann, um die Intensität der optischen Darstellung einzustellen. Die Vorspannung bestimmt die Höhe der an der Sub stratoberfläche befindlichen Ladung, so dass durch Einstellen der Vorspannung das Potential an der Substratoberfläche auf einen optimalen Empfindlichkeitsbereich für die optische Erfassung der emittierten Sekundärelektronen eingestellt werden kann.Preferably the substrate of the substrate wafer is biased with a bias voltage, the bias being chosen can be to the intensity to adjust the optical representation. The bias determined the height the stratoberfläche on the sub charge so that by adjusting the bias the Potential at the substrate surface to an optimum sensitivity range for the optical detection of emitted secondary electrons can be adjusted.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Substrat der Substratscheibe mit einer Vorspannung vorgespannt, wobei die Menge der in dem Bereich emittierten Sekundärelektronen erfasst wird, indem der Strom in das Substrat erfasst wird. Ein Maß für den durchschnittlichen Leckstrom der im Bereich befindlichen Kapazitätszellen wird abhängig von der Höhe des erfassten Stroms bestimmt. Durch das Bestrahlen eines Bereichs der Substratoberfläche mit einem Elektronenstrahl werden in die Oberfläche Primärelektronen aufgenommen, wobei die aufgenommenen Primärelektronen Sekundärelektronen aus der Oberfläche herausschlagen, die von der Oberfläche abgegeben werden. Die Anzahl der in die Oberfläche aufgenommenen Primärelektronen und die Anzahl der emittierten Sekundärelektronen sorgen für einen Überschuss oder einen Verlust von Elektronen in der Substratscheibe mit der Folge, dass ein Strom in das Substrat bzw. aus dem Substrat fließt. Dieser Strom wird gemessen und stellt ein Maß für den durchschnittlichen Leckstrom der in dem Bereich befindlichen Kapazitätszellen dar.According to one another embodiment the substrate of the substrate wafer is biased with a bias voltage, wherein the amount of secondary electrons emitted in the region is detected by the current is detected in the substrate. One Measure for the average Leakage current of the capacitance cells in the area depends on the height of the detected current. By irradiating an area the substrate surface with an electron beam primary electrons are recorded in the surface, wherein the recorded primary electrons secondary electron from the surface knock out, which are discharged from the surface. The number in the surface recorded primary electrons and the number of emitted secondary electrons provide a surplus or a loss of electrons in the substrate disk with the Result that a current flows into the substrate or from the substrate. This Current is measured and provides a measure of the average leakage current the capacity cells located in the area.

Durch Vergleich der Ströme in das Substrat beim Bestrahlen von mehreren Bereichen der Kapazitätszellen mit dem Elektronenstrahl kann erkannt werden, ob und welche der Bereiche mindestens eine Kapazitätszelle mit einem erhöhten Leckstrom aufweist.By Comparison of the currents into the substrate when irradiating several areas of the capacitance cells with the electron beam can be detected, whether and which of Areas at least one capacity cell with an elevated Has leakage current.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Detektieren von Kapazitätszellen mit erhöhten Leckstrom in einem freiliegenden Kapazitätszellenfeld auf einer Substratscheibe vorgesehen. Die Vorrichtung weist eine Elektronenstrahlquelle auf, um einen Elektronenstrahl auf einem Bereich mit einer oder mehreren Kapazitätszellen zu richten, so dass Sekundärelektronen aus den Kapazitätszellen emittiert werden. Mit einer Erfassungseinheit wird eine Menge für die emittierten Sekundärelektronen erfasst, wobei mithilfe einer Auswerteeinheit ein Maß für den Leckstrom abhängig von der Menge der emittierten Sekundärelektronen bestimmt wird.According to one Another aspect of the present invention is a device for detecting capacity cells with increased Leakage current in an exposed capacitance cell array on a substrate wafer intended. The device has an electron beam source, around an electron beam on a region with one or more capacitance cells to direct, so that secondary electrons from the capacity cells be emitted. With a detection unit is an amount for the emitted secondary electron detected, with the help of an evaluation unit is a measure of the leakage current dependent is determined by the amount of emitted secondary electrons.

Mithilfe einer solchen Vorrichtung ist es möglich, von der Menge der emittierten Sekundärelektronen bei einem Bestrahlen mit einem Elektronenstrahl auf das Maß für den Leckstrom einer oder mehrerer Kapazitätszellen zu schließen.aid of such a device, it is possible to depend on the amount of emitted secondary electron when irradiated with an electron beam to the measure of the leakage current one or more capacity cells close.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Erfassungseinheit ein optisches Erfassungssystem, wobei eine Intensität einer optisch erfassten Darstellung an jeder der Kapazitätszellen ein Maß für den Leckstrom der im Bereich befindlichen Kapazitätszellen anliegt.According to one another embodiment the detection unit comprises an optical detection system, wherein an intensity an optically detected representation on each of the capacitance cells a measure of the leakage current which is present in the area of capacity cells.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Substrat der Substratscheibe mit einer Spannungsquelle verbunden, wobei die Erfassungseinheit einen Stromsensor aufweist, um den Strom in das Substrat zu messen, wobei der gemessene Strom ein Maß für die Menge der emittierten Sekundärelektronen darstellt.According to one another embodiment the substrate of the substrate wafer is connected to a voltage source, wherein the detection unit comprises a current sensor for detecting the current to measure into the substrate, where the measured current is a measure of the amount the emitted secondary electrons represents.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The invention will be described below with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:

1 eine Vorrichtung zur Detektion von Kapazitätszellen mit erhöhtem Leckstrom gemäß einer ersten Ausführungsform; 1 an apparatus for detecting capacitance cells with increased leakage current according to a first embodiment;

2 eine Vorrichtung zum Detektieren von Kapazitätszellen mit erhöhtem Leckstrom gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 2 an apparatus for detecting capacitance cells with increased leakage current according to a second embodiment of the invention;

3 einen Querschnitt aus einem Ausschnitt eines Oberflächenabschnitts der Substratscheibe; 3 a cross-section of a section of a surface portion of the substrate wafer;

4 eine Darstellung der optimalen Erfassung von mehreren Bereichen mit mehreren Kapazitätszellen mit normalen und erhöhten Leckströmen; und 4 a representation of the optimal detection of multiple areas with multiple capacity cells with normal and increased leakage currents; and

5 eine schematische Darstellung der Funktionsweise eines Verfahrens zur Detektion von Kapazitätszellen mit erhöhtem Leckstrom. 5 a schematic representation of the operation of a method for detecting capacitance cells with increased leakage current.

In 1 ist eine Vorrichtung zum Detektieren von Kapazitätszellen mit erhöhtem Leckstrom gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Sie umfasst eine Elektronenstrahlquelle 1, die einen Elektronenstrahl 3 auf einen Bereich 8 einer Substratscheibe 2 richtet, auf der Kapazitätszellen 4 für eine integrierte Speicherschaltung angeordnet sind. Die Kapazitätszellen 4 sind nach ihrem Prozessieren freigelegt, so dass deren Oberflächen für den Elektronenstrahl 3 ohne Hindernis erreichbar sind. Das Freilegen kann beispielsweise mithilfe eines Rückätzens oder eines CMP-Verfahrens (chemical mechanical polishing) erfolgt sein. Im vorliegenden Fall handelt es sich um Trenchkapazitätszellen, wobei die Trenchkapazitäten in Gräben angeordnet sind.In 1 Fig. 10 is an apparatus for detecting capacitance cells with increased leakage current according to a first embodiment of the present invention. It comprises an electron beam source 1 that has an electron beam 3 to one area 8th a substrate disk 2 directed, on the capacity cells 4 are arranged for an integrated memory circuit. The capacity cells 4 are exposed after their processing, so that their surfaces for the electron beam 3 without hindrance he are achievable. The exposure may be done, for example, by means of etch back or a chemical mechanical polishing (CMP) method. In the present case, these are trench capacitance cells, wherein the trench capacitances are arranged in trenches.

Die Kapazitätszellen 4 weisen, wie in 2 gezeigt, ein in einem Graben 5 angeordnetes leitendes Material 6 als Innenelektrode, insbesondere ein Polysiliziummaterial, auf, das von dem umgebenden Substrat als Außenelektrode durch eine Isolationsschicht 7 isoliert ist. Da die Isolationsschicht 7 Bereiche mit verringerten Widerstand aufweisen kann, können durch diese Bereiche Leckströme fließen, die eine in der Trenchkapazität gespeicherte Ladung abfließen lässt und die darin gespeicherte Information somit zerstört. Das Leckstromverhalten einer solchen Kapazitätszelle, d.h. die Zeitdauer, in der die Ladung gespeichert werden kann, ist entscheidend für die Retention-Zeit einer mit einer solchen Kapazitätszel le gebildeten Speicherzelle, und es ist notwendig, dass die Retention-Zeit eine bestimmte durch eine Spezifikation vorgegebene Zeitdauer übersteigt. Dies ist nur möglich, wenn die fließenden Leckströme ein bestimmtes Maß nicht übersteigen.The capacity cells 4 wise, as in 2 shown one in a ditch 5 arranged conductive material 6 as an inner electrode, in particular a polysilicon material, which from the surrounding substrate as the outer electrode through an insulating layer 7 is isolated. Because the insulation layer 7 Leakage regions can flow through these areas, which drain a charge stored in the trench capacitance and thus destroy the information stored therein. The leakage current behavior of such a capacitance cell, ie, the time period in which the charge can be stored, is critical to the retention time of a memory cell formed with such a capacitance cell, and it is necessary that the retention time be predetermined by a specification Time exceeds. This is only possible if the flowing leakage currents do not exceed a certain level.

Um bereits während der Herstellung der integrierten Speicherschaltung Kapazitätszellen mit erhöhtem Leckstrom zu erkennen, wird erfindungsgemäß die in 1 dargestellte Vorrichtung verwendet.In order to recognize capacitance cells with increased leakage current already during the production of the integrated memory circuit, the in 1 shown device used.

Der Bereich 8 der Kapazitätszellen 4 auf der Substratscheibe 2, der durch den Elektronenstrahl 3 bestrahlt wird, wird mithilfe einer optischen Erfassungseinrichtung in Form einer für Elektronen empfindlichen Kamera 9 erfasst, so dass durch den Elektronenstrahl 3 aus der Oberfläche der Substratscheibe 2 herausgeschlagene Sekundärelektronen mithilfe der Kamera 9 erkannt werden können. Die Kamera 9 ist mit einer Anzeigeeinheit 10 verbunden, auf der die Anzahl der emittierten Sekundärelektronen an jeder Stelle des Bereichs 8, z.B. in Form von Graustufen, dargestellt wird, so dass je dunkler eine Stelle in dem Bereich auf der Anzeigeeinheit 10 dargestellt wird, desto mehr Sekundärelektronen werden an dieser Stelle emittiert.The area 8th the capacity cells 4 on the substrate disk 2 by the electron beam 3 is irradiated by means of an optical detection device in the form of an electron-sensitive camera 9 captured, so by the electron beam 3 from the surface of the substrate disk 2 knocked out secondary electrons using the camera 9 can be recognized. The camera 9 is with a display unit 10 connected on the number of emitted secondary electrons at any point of the range 8th , eg in the form of gray levels, so that the darker a spot in the area on the display unit 10 is shown, the more secondary electrons are emitted at this point.

Um das Leckstromverhalten der Kapazitätszellen einer gesamten Substratscheibe 2 oder einer Fläche einer Substratscheibe 2, die größer ist als der Bereich 8 zu detektieren, sind die Elektronenstrahlquelle 1 und die Kamera 9 und die Substratscheibe 2 so gegeneinander verschiebbar, dass der Elektronenstrahl 3 auf verschiedene Bereiche der Substratscheibe gerichtet werden kann. Dies kann beispielsweise durch Verschieben der Substratscheibe 2 oder durch Verschieben der Elektronenstrahlquelle 1 und der Kamera 9 erreicht werden.To the leakage current behavior of the capacitance cells of an entire substrate wafer 2 or a surface of a substrate wafer 2 that is larger than the range 8th to detect are the electron beam source 1 and the camera 9 and the substrate disk 2 so mutually displaceable that the electron beam 3 can be directed to different areas of the substrate wafer. This can be done, for example, by moving the substrate disk 2 or by shifting the electron beam source 1 and the camera 9 be achieved.

Die Kamera 9 weist einen Empfindlichkeitsbereich auf, bei dem Unterschiede der Menge der emittierten Sekundärelektronen am Besten festgestellt werden können und mit dem größten Kon trast in der Anzeigeeinheit 10 dargestellt werden können. Um die Menge der emittierten Sekundärelektronen einzustellen, kann zum einen die Energie des Elektronenstrahls 3 verändert werden. Je größer die Energie der auf die Oberfläche der Substratscheibe 2 auftreffenden Primärelektronen ist, desto mehr Sekundärelektronen können durch die auftreffenden Primärelektronen aus der Oberfläche herausgeschlagen werden. Zum anderen ist es möglich, dass Substrat der Substratscheibe 2, das die Kapazitätszellen umgibt, mit einer Vorspannung zu belegen, so dass je nach Leckstromverhalten der Kapazitätszellen unterschiedliche Potentiale an den Innenelektroden der Kapazitätszelle 4 vorhanden sind. Diese Vorspannung kann an das Substrat angelegt werden, indem die Substratscheibe 2 auf einem leitfähigen Träger 10 aufliegt, der mit einer Spannungsquelle 11 verbunden ist. Die Spannung der Spannungsquelle 11 wird so eingestellt, dass das auf der Anzeigeeinheit 10 dargestellte Maß von emittierten Sekundärelektronen, z.B. in Form von Graustufen eine sichere Erkennung von Kapazitätszellen mit gegenüber benachbarten Kapazitätszellen erhöhtem Leckstrom erkannt werden können.The camera 9 has a sensitivity range in which differences in the amount of emitted secondary electrons can best be determined and with the greatest contrast in the display unit Kon 10 can be represented. To adjust the amount of emitted secondary electrons, on the one hand, the energy of the electron beam 3 to be changed. The greater the energy of the surface of the substrate disk 2 incident primary electrons, the more secondary electrons can be knocked out of the surface by the incident primary electrons. On the other hand it is possible that substrate of the substrate disk 2 , which surrounds the capacitance cells, with a bias to occupy, so that depending on the leakage current behavior of the capacitance cells different potentials at the inner electrodes of the capacitance cell 4 available. This bias voltage can be applied to the substrate by the substrate wafer 2 on a conductive support 10 rests, with a voltage source 11 connected is. The voltage of the voltage source 11 is set to that on the display unit 10 shown measure of emitted secondary electrons, eg in the form of gray levels reliable detection of capacitance cells with respect to adjacent capacity cells increased leakage current can be detected.

In 3 sind beispielhaft mehrere Bereiche einer Substratscheibe mit Kapazitätszellen gezeigt. Man erkennt die oval-förmigen Kapazitätszellen, die von der Isolationsschicht 7 umgeben sind. Die Isolationsschicht 7 wird auf der Anzeigeeinheit als heller Bereich dargestellt, da diese Schicht isolierend ist und somit nur wenige oder keine Sekundärelektronen durch den Elektronenstrahl 3 herausgeschlagen werden können.In 3 For example, several areas of a substrate wafer with capacitance cells are shown. One recognizes the oval-shaped capacity cells, that of the isolation layer 7 are surrounded. The insulation layer 7 is shown on the display unit as a bright area, since this layer is insulating and thus only a few or no secondary electrons through the electron beam 3 can be knocked out.

Einige der Kapazitätszellen weisen eine Innenelektrode auf, die dunkler gefärbt ist, d.h. es werden dort mehr Sekundärelektronen emittiert, als bei benachbarten Kapazitätszellen. Dies bedeutet, dass das Potential dieser Innenelektroden niedriger ist, als das Potential der übrigen Kapazitätszellen. Dieses Potential resultiert aus dem durch die Vorspan nung vorgegebenen Potential des Substrats 2, das über einen Leckstrompfad das Potential der Innenelektrode beeinflusst.Some of the capacitance cells have an inner electrode which is darker in color, ie, more secondary electrons are emitted there than in adjacent capacitance cells. This means that the potential of these internal electrodes is lower than the potential of the remaining capacitance cells. This potential results from the predetermined by the bias voltage potential of the substrate 2 , which influences the potential of the inner electrode via a leakage current path.

Bei den Kapazitätszellen, die keinen erhöhten Leckstrom aufweisen, wird idealerweise von einem Leckstrom der Höhe 0 ausgegangen. Die Graustufe der Innenelektroden solcher Kapazitätszellen ergibt sich dann aus einem Ausgleichspotential, das sich dann ergibt, wenn die Anzahl der aufgenommenen Elektronen durch den Elektronenstrahl 3 der Anzahl der emittierten Sekundärelektronen im Wesentlichen entspricht. Wenn eine Kapazitätszelle 4 einen Leckstrompfad aufweist, wird das Potential der Innenelektrode verändert und somit in einer anderen Graustufe angezeigt. Dies kann beispielsweise bei einer gegenüber dem Ausgleichspotential positiven Vorspannung auch eine hellere Graustufe sein, als bei einer Kapazitätszelle mit normalem Leckstromverhalten.In the case of the capacitance cells, which do not have an increased leakage current, is ideally from a leakage current of the height 0 went out. The gray level of the internal electrodes of such capacitance cells then results from a compensation potential, which then results when the number of electrons absorbed by the electron beam 3 the number of emitted secondary electrons substantially corresponds. If a capacity cell 4 has a leakage current path, the potential of In changed and thus displayed in a different gray level. This can also be a lighter gray level, for example, when the bias voltage is positive than the compensation potential, than in the case of a capacitance cell with normal leakage current behavior.

Selbstverständlich kann die Menge der emittierten Sekundärelektronen auch durch andere Darstellungsformen in der Anzeigeeinheit dargestellt werden, beispielsweise durch eine farbliche Darstellung.Of course you can the amount of emitted secondary electrons be represented by other forms of presentation in the display unit, for example, by a color representation.

Bei einem justierten System kann die Graustufe, mit der eine Innenelektrode dargestellt wird, mit einem bestimmten Leckstrom und somit mit einer bestimmten Retention-Zeit korreliert werden, so dass auch quantitative Messungen mithilfe dieses Systems möglich sind.at an adjusted system, the gray level, with an inner electrode is shown with a certain leakage current and thus with a certain retention time are correlated, so that too quantitative Measurements using this system are possible.

In 4 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Sie zeigt eine Elektronenstrahlquelle 20, die einen Elektronenstrahl 21 auf einen Bereich 22 einer Substratscheibe 23 richtet. An der Oberfläche der Substratscheibe 23 befinden sich Kapazitätszellen 24, deren Leckstromverhalten untersucht werden soll. Die Substratscheibe 23 befindet sich auf einem Träger 25, der über eine Spannungsquelle 26 mit einer Vorspannung VV belegt wird. Im Strompfad zwischen der Spannungsquelle 26 und dem Träger 25 ist eine Strommesseinheit 27 angeordnet, um den in das Substrat der Substratscheibe 23 fließenden Strom zu messen. Die Höhe des in dem Stromsensor 27 gemessenen Stroms, während ein Bereich 22 mit dem Elektronenstrahl 21 bestrahlt wird, entspricht einem Maß für den durchschnittlichen Leckstrom, der in dem Bereich 22 befindlichen Kapazitätszellen 24. Werden nun mit dem Elektronenstrahl 21 in der oben beschriebenen Weise andere Bereiche der Substratscheibe 23 mit im Wesentlichen der gleichen Anzahl von Kapazitätszellen bestrahlt, so kann nach einem Vergleichen der gemessenen Ströme für die verschiedenen Bereiche qualitativ darauf geschlossen werden, ob sich eine oder mehrere Kapazitätszellen mit erhöhtem Leckstrom in dem Bereich befinden.In 4 a second embodiment of the device according to the invention is shown. It shows an electron beam source 20 that has an electron beam 21 to one area 22 a substrate disk 23 directed. At the surface of the substrate disk 23 there are capacity cells 24 whose leakage current behavior is to be investigated. The substrate disk 23 is on a carrier 25 that has a voltage source 26 is occupied by a bias voltage V V. In the current path between the voltage source 26 and the carrier 25 is a current measuring unit 27 placed in the substrate of the substrate disk 23 to measure flowing electricity. The height of the in the current sensor 27 measured current while an area 22 with the electron beam 21 is irradiated, corresponds to a measure of the average leakage current in the area 22 located capacity cells 24 , Become now with the electron beam 21 in the manner described above, other areas of the substrate wafer 23 irradiated with substantially the same number of capacitance cells, it can be qualitatively concluded after comparing the measured currents for the different areas, whether one or more capacitance cells with increased leakage current in the area are.

Vorzugsweise wird der Vergleich bezüglich eines Mittelwertes durchgeführt, der sich aus den gemessenen Strömen für alle vermessenen Bereiche 22 auf der Substratscheibe 23 ergibt.Preferably, the comparison is made with respect to an average value resulting from the measured currents for all the measured ranges 22 on the substrate disk 23 results.

Die Breite des Elektronenstrahls ist vorzugsweise so gewählt, dass er möglichst Bereiche gleicher Größe und im Wesentlichen der gleichen Anzahl von Kapazitätszellen abdeckt. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Elektronenstrahl auf nur eine Kapazitätszelle zu richten, wenn dieser auf eine entsprechend kleine Fläche fokussiert werden kann.The Width of the electron beam is preferably chosen so that he possible Areas of equal size and in the Essentially covering the same number of capacity cells. Of course it is also possible, to direct the electron beam to only one capacitance cell, if this one on a correspondingly small area can be focused.

In 5 ist schematisch eine Kapazitätszelle dargestellt, auf die der Elektronenstrahl 21 trifft. Man erkennt, dass die Sekundärelektronen emittiert werden und sich der resultierende in das Substrat fließende Strom IS aus der Stärke IP des Elektronenstrahls 21 und der Menge der emittierten Sekundärelektronen ergibt.In 5 schematically a capacitance cell is shown, to which the electron beam 21 meets. It can be seen that the secondary electrons are emitted and the resulting current IS flowing into the substrate is the strength IP of the electron beam 21 and the amount of emitted secondary electrons.

11
Elektronenstrahlquelleelectron beam source
22
Substratscheibesubstrate wafer
33
Elektronenstrahlelectron beam
44
TrenchkapazitätszellenTrench capacity cells
55
Innenelektrode der Trenchkapazitätszelleinner electrode the trench capacitance cell
66
Polysiliziumpolysilicon
77
Isolationsschichtinsulation layer
88th
BereichArea
99
Kameracamera
1010
Anzeigeeinheitdisplay unit
1111
Spannungsquellevoltage source
1212
Trägercarrier
2020
Elektronenstrahlquelleelectron beam source
2121
Elektronenstrahlelectron beam
2222
BereichArea
2323
Substratscheibesubstrate wafer
2424
TrenchkapazitätszelleTrench capacitance cell
2525
Trägercarrier
2626
Spannungsquellevoltage source
2727
Stromquellepower source

Claims (9)

Verfahren zum Detektieren von Kapazitätszellen (4, 24) mit erhöhtem Leckstrom in einem freiliegenden Kapazitätszellenfeld auf einer Substratscheibe (2, 23), mit folgenden Schritten: – Richten eines Elektronenstrahls (21) auf einen Bereich (8) mit einer oder mehreren Kapazitätszellen (4, 24), so dass Sekundärelektronen aus den Kapazitätszellen (4, 24) emittiert werden; – Bestimmen eines Maßes für den Leckstrom abhängig von der Menge der emittierten Sekundärelektronen für mehrere Kapazitätszellen (4, 24); – Vergleichen der Maße für den Leckstrom der mehreren Kapazitätszellen (4, 24), um Kapazitätszellen (4, 24) mit erhöhtem Leckstrom zu erkennen.Method for detecting capacitance cells ( 4 . 24 ) with increased leakage current in an exposed capacitance cell array on a substrate wafer ( 2 . 23 ), comprising the following steps: - directing an electron beam ( 21 ) to one area ( 8th ) with one or more capacity cells ( 4 . 24 ), so that secondary electrons from the capacitance cells ( 4 . 24 ) are emitted; Determining a measure of the leakage current as a function of the quantity of emitted secondary electrons for a plurality of capacitance cells ( 4 . 24 ); Comparing the leakage current dimensions of the plurality of capacitance cells ( 4 . 24 ) to capacity cells ( 4 . 24 ) with increased leakage current. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die emittieren Sekundärelektronen in dem Bereich (8, 22) optisch erfasst werden, wobei eine Intensität der optischen erfassten Darstellung an jeder der Kapazitätszellen (4, 24) ein Maß für den Leckstrom der im Bereich (8, 22) befindlichen Kapazitätszellen (4, 24) angibt.The method of claim 1, wherein the emitted secondary electrons in the region ( 8th . 22 ) are optically detected, wherein an intensity of the optically detected representation at each of the capacitance cells ( 4 . 24 ) a measure of the leakage current in the area ( 8th . 22 ) capacity cells ( 4 . 24 ) indicates. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Substrat der Substratscheibe (2, 23) mit einer Vorspannung (VV) vorgespannt wird.Method according to claim 2, wherein a substrate of the substrate wafer ( 2 . 23 ) is biased with a bias voltage (V V ). Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Vorspannung (VV) so gewählt wird, um die Intensität der optischen Darstellung einzustellen.The method of claim 3, wherein the bias voltage (V V ) is selected to adjust the intensity of the optical representation. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat der Substratscheibe (2, 23) mit einer Vorspannung (VV) vorgespannt wird, wobei die Menge der in dem Bereich (8, 22) emittierten Sekundärelektronen erfasst wird, indem der Strom in das Substrat erfasst wird, wobei ein Maß für den durchschnittlichen Leckstrom der im Bereich befindlichen Kapazitätszellen (4, 24) abhängig von der Höhe des erfassten Stromes bestimmt wird.Method according to claim 1, wherein the substrate of the substrate wafer ( 2 . 23 ) is biased with a bias voltage (V V ), the amount of in the region ( 8th . 22 ) is detected by detecting the current in the substrate, whereby a measure of the average leakage current of the capacitance cells located in the region ( 4 . 24 ) is determined depending on the magnitude of the detected current. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Elektronenstrahl (3, 21) auf mehrere Bereiche (8, 22) des Kapazitätszellenfelds gerichtet wird, wobei durch Vergleichen der Ströme durch das Substrat erkannt wird, ob und welcher der Bereiche (8, 22) mindestens eine Kapazitätszelle (4, 24) mit einem erhöhten Leckstrom aufweist.Method according to claim 5, wherein the electron beam ( 3 . 21 ) to several areas ( 8th . 22 ) of the capacitance cell array, whereby it is detected by comparing the currents through the substrate, whether and which of the areas ( 8th . 22 ) at least one capacity cell ( 4 . 24 ) having an increased leakage current. Vorrichtung zum Detektieren von Kapazitätszellen (4, 24) mit erhöhtem Leckstrom in einem freiliegenden Kapazitätszellenfeld auf einer Substratscheibe (2, 23), mit einer Elektronenstrahlquelle, um einen Elektronenstrahl (3, 21) auf einen Bereich (8, 22) mit einer oder mehreren Kapazitätszellen (4, 24) zu richten, so dass Sekundärelektronen aus den Kapazitätszellen (4, 24) emittiert werden, mit einer Erfassungseinheit, um ein Maß für die emittierten Sekundärelektronen zu erfassen, und mit einer Auswerteeinheit, um ein Maß für den Leckstrom abhängig von dem Maß der emittierten Sekundärelektronen zu bestimmen.Device for detecting capacitance cells ( 4 . 24 ) with increased leakage current in an exposed capacitance cell array on a substrate wafer ( 2 . 23 ), with an electron beam source, to an electron beam ( 3 . 21 ) to one area ( 8th . 22 ) with one or more capacity cells ( 4 . 24 ), so that secondary electrons from the capacitance cells ( 4 . 24 ) are emitted, with a detection unit to detect a measure of the emitted secondary electrons, and with an evaluation unit to determine a measure of the leakage current depending on the degree of the emitted secondary electrons. Vorrichtung nach Anspruch 7 wobei die Erfassungseinheit ein optisches Erfassungssystem (9, 10) umfasst, wobei eine Intensität einer optischen erfassten Darstellung an jeder der Kapazitätszellen ein Maß für den Leckstrom der im Bereich (8, 23) befindlichen Kapazitätszellen (4, 24) angibt.Apparatus according to claim 7, wherein the detection unit is an optical detection system ( 9 . 10 ), wherein an intensity of an optically detected representation on each of the capacitance cells is a measure of the leakage current in the region ( 8th . 23 ) capacity cells ( 4 . 24 ) indicates. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Substrat der Substratscheibe mit einer Spannungsquelle (26) verbunden ist, und wobei die Erfassungseinheit einen Stromsensor (27) aufweist, um den Strom in das Substrat zu messen, wobei der gemessene Strom ein Maß für die emittierten Sekundärelektronen darstellt.Apparatus according to claim 7, wherein the substrate of the substrate wafer with a voltage source ( 26 ), and wherein the detection unit comprises a current sensor ( 27 ) to measure the current into the substrate, wherein the measured current is a measure of the emitted secondary electrons.
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US20030071646A1 (en) * 2001-10-17 2003-04-17 Yoichiro Neo Inspection method of semiconductor device and inspection system

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