DE10338024B3

DE10338024B3 - Raster electron microscope process to monitor the presence of corrosive substances present in the vicinity of semiconductor manufacture

Info

Publication number: DE10338024B3
Application number: DE2003138024
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Geyer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-08-20

Abstract

In semiconductor manufacturing process, air is monitored for presence of corrosive substances, starting with the presentation of a wafer with a surface structure and capture of the first commensurate image. The wafer is repeatedly heated and cooled a given number of times to temperatures above and below the dew point, and the second surface structure image captured and compared with the first. The image of the exposed wafer is compared with the original at regular intervals using a raster electron microscope or other suitable detection and measuring instrument. The wafer is exposed to ambient air at between less than 5C and more than 25C and a relative humidity of 35 to 45%. The images are captured at eight-hour intervals.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen korrosiver Luftinhaltsstoffe bei der Halbleiterbauelementfertigung.The The present invention relates to a method of monitoring corrosive airborne ingredients in semiconductor device fabrication.

Zur Überwachung von korrosiven Luftinhaltsstoffen wie etwa Flusssäure-, Salzsäure- und Salpetersäurespuren bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen, welche sowohl an den Halbleiterbauelementen selbst als auch an den als „HEPA"-Filter (High Efficiency Particulate Arrestance) bezeichneten Mikroglasfaserfiltern von Reinräumen und an den Fertigungsanlagen Korrosion hervorrufen können, sind unterschiedliche Verfahren bzw. Vorrichtungen bekannt.For monitoring of corrosive air ingredients such as hydrofluoric acid, hydrochloric acid and nitric acid traces in the manufacture of semiconductor devices which are connected both to the Semiconductor devices themselves as well as the as "HEPA" filter (High Efficiency Particulate Arrestance) designated micro-glass fiber filters of clean rooms and can cause corrosion on the production lines are different Methods or devices known.

Da korrosive Bestandteile in der Luft zumeist einen sehr prägnanten Geruch aufweisen, lassen sich größere Konzentrationen dieser Bestandteile beispielsweise über den Geruchssinn der mit der Fertigung betrauten Arbeitskräfte überwachen. Daneben kann eine Überwachung anhand der gefertigten Halbleiterbauelemente selbst erfolgen. Sofern an den Strukturen der Halbleiterbauelemente keine Korrosion auftritt, lassen sich größere Mengen korrosiver Luftinhaltsstoffe ausschließen.There corrosive components in the air mostly very succinct Smell, can be larger concentrations These ingredients, for example, on the sense of smell with supervise the production of skilled workers. In addition, a monitoring done on the basis of the manufactured semiconductor devices themselves. Provided no corrosion occurs on the structures of the semiconductor components, can be larger quantities exclude corrosive air constituents.

Diese beiden „Verfahren" können natürlich nur einen sehr groben Eindruck von der Qualität der Luft vermitteln, wodurch ihre Aussagekraft äußerst gering ist. Weiterhin existieren zwar kommerzielle Geräte zur Korrosionsüberwachung, welche beispielsweise auf elektrischen, elektrochemischen oder gravimetrischen Messprinzipien beruhen, jedoch werden diese Geräte vorwiegend im Bereich der chemischen Industrie oder beispielweise in Papierfabriken eingesetzt, so dass ihre Aussagekraft in Bezug auf korrosive Luftinhaltsstoffe in Reinräumen der Halbleiterindustrie zu grob und unspezifisch ist.These Of course, both "procedures" can only give a very rough impression of the quality of the air, thereby their informative value extremely low is. Furthermore, although there are commercial devices for corrosion monitoring, which, for example, on electrical, electrochemical or gravimetric However, these devices are mainly in the field of chemical industry or, for example, used in paper mills, so that their informative value with respect to corrosive airborne ingredients in clean rooms of the Semiconductor industry is too crude and non-specific.

Zur spezifischen Überwachung der Luft in Reinräumen der Halbleiterindustrie werden zum Teil analytische Verfahren ange wandt. Hierbei wird die Luft zunächst durch eine mit Wasser gefüllte Waschflasche geleitet, so dass die in der Luft enthaltenen korrosiven Bestandteile von dem Wasser aufgenommen werden. Anschließend können die Konzentrationen der einzelnen Bestandteile mit Hilfe von unterschiedlichen chemischen oder spektroskopischen Verfahren mit einer hohen Genauigkeit be stimmt werden.to specific monitoring the air in clean rooms Semiconductor industry are partly applied analytical methods. This is where the air first through a water-filled Bubbler passed so that the corrosive airborne Ingredients are absorbed by the water. Subsequently, the Concentrations of the individual constituents with the help of different chemical or spectroscopic method with a high accuracy be true.

Die Durchführung von analytischen Verfahren ist jedoch mit einem hohen Arbeits- als auch Zeitaufwand verbunden. Ein weiterer Nachteil besteht in der schlechten Korrelation zwischen den gemessenen Konzentrationen der korrosiven Luftinhaltsstoffe und deren Einfluss auf die Halbleiterbauelemente, d.h. aus den gemessenen Konzentrationen lassen sich nur ungenügende Rückschlüsse auf die zu erwartenden Folgen für die gefertigten Halbleiterbauelemente ziehen.The execution However, analytical procedures are high in labor also associated with time expenditure. Another disadvantage is the poor correlation between the measured concentrations of corrosive air constituents and their influence on the semiconductor devices, i. From the measured concentrations, only insufficient conclusions can be drawn the expected consequences for pull the fabricated semiconductor devices.

Verfahren zum Überwachen korrosiver Luftinhaltsstoffe bei der Halbleiterbauelementfertigung sind aus der US 6 248 997 B1 , der US 6 295 864 B1 und „S.J. Lue et al., Journal or Chromatography A, Vol 804, Nr. 1-2, S. 273-278, Apr. 1998" bekannt. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Oberflächenanalyse von Halbleiterscheiben bei der die Temperatur auf dem Halbleiter zwischen einer Temperatur oberhalb und einer Temperatur unterhalb der Taupunkttemperatur variiert wird und anhand der dabei aufgenommenen Bilder eine Veränderung der Halbleiterstruktur ermittelt wird, ist aus der DE 198 50 144 A1 bekannt. Der Einsatz eines Defektdichtemessgerätes oder eines Rasterelektronenmikroskops zur Oberflächenuntersuchung von Halbleiterscheiben ist unter anderem in der US 5 874 309 erläutert.Methods of monitoring corrosive airborne constituents in semiconductor device fabrication are known from the US Pat. No. 6,248,997 B1 , of the US Pat. No. 6,295,864 B1 and SJ Lue et al., Journal or Chromatography A, Vol 804, No. 1-2, pp. 273-278, Apr. 1998. A method and apparatus for optical surface analysis of semiconductor wafers wherein the temperature on the Semiconductor between a temperature above and a temperature below the dew point temperature is varied and based on the images taken a change in the semiconductor structure is determined from the DE 198 50 144 A1 known. The use of a defect density meter or a scanning electron microscope for the surface investigation of semiconductor wafers is inter alia in the US 5,874,309 explained.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum überwachen korrosiver Luftinhaltsstoffe bei der Halbleiterbauelementfertigung bereitzustellen, welchs, sowohl eine einfache und kostengünstige Überwachung ermöglicht als auch mit dessen Hilfe ein Einfluss korrosiver In haltsstoffe auf Halbleiterbauelemente fertigungsnah und höchstempfindlich feststellbar ist.The Object of the present invention is to provide an improved Method of monitoring corrosive airborne ingredients in semiconductor device fabrication provide, both, a simple and inexpensive monitoring allows and with its help an influence of corrosive substances on semiconductor devices close to production and highly sensitive detectable is.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by a method according to claim 1. Further advantageous embodiments are in the dependent claims specified.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Überwachen korrosiver Luftinhaltsstoffe bei der Halbleiterbauelementfertigung vorgeschlagen, bei dem zunächst ein Halbleiterwafer mit einer auf dem Halbleiterwafer ausgebildeten Struktur bereitgestellt und anschließend ein erstes Bild der Struktur aufgenommen wird. Nachfolgend wird der Halbleiterwafer zyklisch zwischen einer ersten Temperatur unterhalb einer Taupunktstemperatur und einer zweiten Temperatur oberhalb der Taupunktstemperatur über eine vorgegebene Anzahl an Temperaturzyklen abgekühlt und aufgewärmt. Danach wird ein zweites Bild der Struktur aufgenommen und dieses anschließend mit dem ersten Bild verglichen, um Veränderungen der Struktur festzustellen.According to the invention is a Method of monitoring corrosive airborne ingredients in semiconductor device fabrication proposed in the first a semiconductor wafer having one formed on the semiconductor wafer Structure provided and then a first image of the structure is recorded. Subsequently, the semiconductor wafer becomes cyclic between a first temperature below a dew point temperature and a second temperature above the dew point temperature over a predetermined one Number of temperature cycles cooled and warmed up. Thereafter, a second image of the structure is taken and this subsequently compared with the first image to detect changes in the structure.

Das zyklische Abkühlen des Halbleiterwafers unter die Taupunktstemperatur führt zur Kondensation von Luftfeuchtigkeit und damit zur Bildung eines Wasserfilms auf dem Halbleiterwafer und auf der auf dem Halbleiterwafer ausgebildeten Struktur, in welchem korrosive Bestandteile gelöst sind, sofern sich diese Bestandteile auch in der zu überwachenden Luft befinden. Durch den Wasserfilm wird eine Korrosion, welche einer leitfähigen Umgebung bedarf, verstärkt, so dass eine beschleunigte Korrosion der Struktur hervorgerufen wird. Damit sich nicht übermäßig viel Wasser auf dem Halbleiterwafer ansammelt, wird der Halbleiterwafer wieder über die Taupunktstemperatur erwärmt, so dass der Wasserfilm verdampft. Durch Vergleichen des vor den Temperaturzyklen aufgenommenen ersten Bildes mit dem nach einer vorgegebenen Anzahl an Temperaturzyklen aufgenommenen zweiten Bild lassen sich durch die Korrosion hervorgerufene Veränderungen der Struktur und damit ein direkter Einfluss korrosiver Luftinhaltsstoffe unkompliziert nachweisen. Aufgrund der beschleunigten Wirkung ergibt sich zudem der Vorteil eines sehr frühzeitigen Erkennens der Korrosion. Darüber hinaus können die bei jeder Halbleiterbauelementfertigung verwendeten Halbleiterwafer mit Teststrukturen eingesetzt werden, welche beispielsweise zum Einstellen der die Fertigung bestimmenden Prozessparameter herangezogen werden, wodurch das Verfahren kostengünstig ist. Da die Teststrukturen den Strukturen der gefertigten Halbleiterbauelemente entsprechen, gestaltet sich das Verfahren bei der Verwendung eines solchen Halbleiterwafers mit einer Teststruktur auch sehr fertigungsnah.The cyclic cooling of the semiconductor wafer below the dew point temperature leads to the condensation of atmospheric moisture and thus to the formation of a water film on the semiconductor wafer and on the the semiconductor wafer formed structure in which corrosive components are dissolved, provided that these components are also in the air to be monitored. The water film enhances corrosion, which requires a conductive environment, so as to cause accelerated corrosion of the structure. So that not excessively accumulates water on the semiconductor wafer, the semiconductor wafer is heated again above the dew point temperature, so that the water film evaporates. By comparing the first image recorded before the temperature cycles with the second image recorded after a predetermined number of temperature cycles, changes in the structure caused by the corrosion and thus a direct influence of corrosive air constituents can be easily detected. Due to the accelerated effect, there is also the advantage of a very early detection of corrosion. Moreover, the semiconductor wafers used in each semiconductor device fabrication can be used with test structures that are used, for example, to set the manufacturing process parameters, thereby making the process cost effective. Since the test structures correspond to the structures of the fabricated semiconductor components, the method is also very close to production when using such a semiconductor wafer with a test structure.

In der für die Praxis relevanten Ausführungsform wird jeweils periodisch nach Durchlaufen einer vorgegebenen Anzahl an Temperaturzyklen oder einer vorgegebenen Zeitdauer ein weiteres Bild der Struktur aufgenommen, welches jeweils mit den vorhergehenden Bildern verglichen wird. Auf diese Weise kann ein Korrosionsprozess der Struktur insbesondere bei einer längeren Überwachungszeit genauer erfasst werden, wodurch sich der Einfluss korrosiver Luftinhaltsstoffe besser charakterisieren lässt.In the for the practice relevant embodiment is periodically after passing through a predetermined number on temperature cycles or a predetermined period another Image of the structure taken, each with the preceding Pictures is compared. This way, a corrosion process can happen the structure more accurately detected in particular with a longer monitoring time which improves the influence of corrosive air constituents characterize.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Bilder der Struktur mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops aufgenommen. Durch die Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops lassen sich die Bilder innerhalb einer kurzen Zeit mit einer sehr hohen Auflösung aufnehmen und anschließend speichern, weiterverarbeiten und/oder ausmessen, so dass selbst sehr kleine durch Korrosion hervorgerufene Veränderungen der Struktur wie etwa Lochfraß, welche mit anderen Aufnahmegeräten nur sehr schlecht oder gar nicht aufgelöst werden können, erkennbar sind. Zudem werden Rasterelektronenmikroskope in der Regel bereits bei der Halbleiterbauelementfertigung verwendet, beispielsweise um Strukturgrößen zu kontrollieren, so dass zur Durchführung des Verfahrens keine zusätzlichen Geräte angeschafft werden müssen und somit Kosten eingespart werden können.In a preferred embodiment The pictures of the structure are made using a scanning electron microscope added. By using a scanning electron microscope let the pictures be in a short time with a very high resolution record and then save, process and / or measure, so that even very small corrosion induced changes in structure such as about pitting, which with other recording devices can be resolved only very badly or not at all, are recognizable. moreover Scanning electron microscopes are usually already in the semiconductor device production used, for example, to control feature sizes, so that to carry out the Procedure no additional equipment must be purchased and thus costs can be saved.

Alternativ kann das Aufnehmen und das Vergleichen der Bilder der Struktur mit Hilfe eines Defektdichtemessgerätes durchgeführt werden, welches die veränderten Bereiche der Struktur automatisch bestimmt, so dass ein manuelles Auffinden dieser Bereiche entfällt. Die Bereiche werden dann zur besseren Auflösung mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops untersucht.alternative can record and compare the images of the structure with Help of a defect density meter carried out which ones changed Areas of structure are automatically determined, allowing a manual Locating these areas is eliminated. The areas are then resolved for better resolution using a scanning electron microscope examined.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Halbleiterwafer zusätzlich jeweils nach einer bestimmten Anzahl an Temperaturzyklen oder einer bestimmten Zeitdauer auf eine dritte Temperatur oberhalb der zweiten Temperatur aufge wärmt, um auf der Struktur abgelagerte organische Materialien aus der Luft von der Struktur zu entfernen. Hierdurch wird gewährleistet, dass die aufgenommenen Bilder nicht durch organische Ablagerungen verfälscht oder beeinträchtigt werden.In a particularly preferred embodiment the semiconductor wafer becomes additional each after a certain number of temperature cycles or one certain period of time to a third temperature above the second Temperature warms up, around deposited on the structure of organic materials from the air to remove from the structure. This will ensure that the captured images are not due to organic deposits falsified or impaired become.

In der für die Praxis relevanten Ausführungsform wird als Aufnahmeeinrichtung ein Rasterelektronenmikroskop eingesetzt, wodurch sich die Bilder innerhalb einer kurzen Zeit mit einer sehr hohen Auflösung aufnehmen lassen.In the for the practice relevant embodiment If a scanning electron microscope is used as recording device, which results in a very short time with the pictures high resolution let record.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it:

1 ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen von Flusssäure- und Salzsäurespuren, 1 a flow chart of a first embodiment of a method according to the invention for monitoring hydrofluoric and hydrochloric acid traces,

2 ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen von Salpetersäure- und Salzsäurespuren, 2 a flow diagram of a second embodiment of a method according to the invention for monitoring nitric acid and hydrochloric acid traces,

3 ein Ablaufdiagramm einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen von Flusssäurespuren, und 3 a flowchart of a third embodiment of a method according to the invention for monitoring traces of hydrofluoric acid, and

4 eine schematische Darstellung einer Überwachungsvorrichtung. 4 a schematic representation of a monitoring device.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen der Luft eines Reinraums der Halbleiterindustrie auf Flusssäure- und Salzsäurespuren bei einer Raumtemperatur im Bereich von 15°C bis 25°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit im Bereich von 35% bis 45%. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt 11 ein Halbleiterwafer mit einer auf dem Halbleiterwafer ausgebildeten Struktur bereitgestellt, welche eine Aluminiummetallisierung aufweist, und in der zu überwachenden Reinraumluft platziert. Die Struktur entspricht der Struktur eines gefertigten Halbleiterbauelements und weist eine entsprechende Schichtenfolge auf, um das Verfahren möglichst produktnah zu gestalten. Die Struktur könnte beispielsweise aus einem typischen Metallstapel mit SiO₂-Basis, 10nm Ti, 230nm Al-0,5%Cu, 5nm Ti und 40nm TiN bestehen. 1 FIG. 3 shows a flowchart of a first embodiment of a method according to the invention for monitoring the air of a cleanroom of the semiconductor industry for hydrofluoric and hydrochloric acid traces at a room temperature in the range of 15 ° C to 25 ° C and a relative humidity in the range of 35% to 45%. This is in a first step 11 a semiconductor wafer having a structure formed on the semiconductor wafer provided with aluminum metallization points, and placed in the clean room air to be monitored. The structure corresponds to the structure of a manufactured semiconductor component and has a corresponding layer sequence in order to make the method as close to the product as possible. The structure could for example consist of a typical metal stack with SiO ₂ base, 10nm Ti, 230nm Al-0.5% Cu, 5nm Ti and 40nm TiN.

Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt 12 ein erstes Bild der Struktur bei Raumtemperatur an einer ausge wählten Stelle mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen, die Struktur vermessen und das Bild gespeichert. Nachfolgend wird der Halbleiterwafer in einem dritten Verfahrensschritt 13 zyklisch zwischen einer ersten Temperatur unterhalb von 5°C und einer zweiten Temperatur von wenigstens 25°C abgekühlt und aufgewärmt, so dass der Halbleiterwafer einen sinusförmigen Temperaturzyklus mit einer vorgesehenen Zeitperiode von ca. 10 Minuten durchläuft.Subsequently, in a second process step 12 taken a first image of the structure at room temperature at a selected point with a scanning electron microscope, the structure measured and stored the image. Subsequently, the semiconductor wafer in a third process step 13 cyclically cooled and warmed between a first temperature below 5 ° C and a second temperature of at least 25 ° C, so that the semiconductor wafer passes through a sinusoidal temperature cycle with a designated time period of about 10 minutes.

Durch das zyklische Abkühlen und Aufwärmen unterschreitet der Halbleiterwafer periodisch die Taupunktstemperatur, welche bei einer Raumtemperatur von 22°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 38% etwa 7°C beträgt. Infolgedessen kommt es zu einer periodischen Kondensation von Luftfeuchtigkeit verbunden mit der Bildung eines Wasserfilms auf dem Halbleiterwafer und der Struktur. Sofern sich Flusssäure- und Salzsäurespuren in der Reinraumluft befinden, sind diese Säuren auch in dem Wasserfilm gelöst, wodurch eine Korrosion der Aluminiummetallisierung der Struktur hervorgerufen wird. Der Wasserfilm verstärkt die Korrosion, welche eine leitfähige Umgebung bedarf, so dass eine beschleunigte Korrosion der Aluminiummetallisierung auftritt. Damit sich nicht übermäßig viel Wasser auf dem Halbleiterwafer ansammelt und an den Seiten des Halbleiterwafers hinunterläuft, wodurch eine „Verunreinigung" des Reinraums verursacht werden könnte, wird der Halbleiterwafer periodisch wieder über die Taupunktstemperatur erwärmt, um den Wasserfilm zu verdampfen.By the cyclical cooling and warm up the semiconductor wafer periodically drops below the dew point temperature, which at a room temperature of 22 ° C and a relative humidity of 38% about 7 ° C is. As a result, there is a periodic condensation of humidity associated with the formation of a water film on the semiconductor wafer and the structure. As far as hydrofluoric and hydrochloric acid traces are in the clean room air, these acids are also in the water film solved, causing corrosion of the aluminum metallization of the structure is caused. The water film enhances the corrosion, which a conductive Environment requires, allowing accelerated corrosion of the aluminum metallization occurs. So that's not too much Water accumulates on the semiconductor wafer and on the sides of the semiconductor wafer running down, causing a "contamination" of the clean room could be The semiconductor wafer is periodically above the dew point temperature again heated to evaporate the water film.

In einem vierten Verfahrensschritt 14 wird periodisch in einem zeitlichen Abstand von jeweils ca. 8 Stunden der Temperaturzyklus unterbrochen und ein weiteres Bild der Struktur bei Raumtemperatur mit dem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen, vermessen und gespeichert. Anhand des in einem fünften Verfahrensschritt 15 durchgeführten Vergleichens eines Bildes mit den jeweils vorhergehenden Bildern kann ein auftretender Korrosionsprozess an der Aluminiummetallisierung der Struktur unmittelbar erkannt werden.In a fourth process step 14 is periodically interrupted at a time interval of about 8 hours, the temperature cycle and recorded another image of the structure at room temperature with the scanning electron microscope, measured and stored. Based on the in a fifth step 15 By comparing a picture with the respective preceding pictures, an occurring corrosion process on the aluminum metallization of the structure can be recognized immediately.

Da die Reinraumluft zusätzliche organische Bestandteile enthalten kann, welche sich auf dem Halbleiterwafer und damit auf der Struktur während der Messzeit anlagern können, ist es von Vorteil, den Halbleiterwafer in einem zusätzlichen Verfahrensschritt 100 periodisch in einem zeitlichen Abstand Abstand von jeweils ca. 4 Stunden für eine Zeitdauer von zwei Minuten auf eine dritte Temperatur von etwa 200°C aufzuwärmen, um diese Bestandteile zu entfernen. Hierdurch wird vermieden, dass die auch als „time-dependent haze" bezeichneten organischen Substanzen die mit dem Rasterelektronenmikroskop aufgenommenen Bilder verfälschen oder beeinträchtigen.Since the clean room air can contain additional organic constituents which can accumulate on the semiconductor wafer and thus on the structure during the measuring time, it is advantageous to use the semiconductor wafer in an additional method step 100 Periodically, at a time interval, warm up a distance of about 4 hours for a period of two minutes to a third temperature of about 200 ° C to remove these components. This avoids that the also referred to as "time-dependent haze" organic substances falsify the images taken with the scanning electron microscope images or affect.

Die Verwendung des Rasterelektronenmikroskops hat den Vorteil, dass sich die Bilder der Struktur innerhalb einer kurzen Zeit mit einer sehr hohen Auflösung aufnehmen lassen, so dass selbst sehr kleine durch Korrosion hervorgerufene Veränderungen der Struktur wie etwa Lochfraß, welche mit anderen Aufnahmegeräten nur sehr schlecht oder gar nicht aufgelöst werden können, zu erkennen sind. Darüber hinaus werden Rasterelektronenmikroskope in der Regel bereits bei der Halbleiterbauelementfertigung eingesetzt, so dass zur Durchführung des Verfahrens keine zusätzlichen Geräte angeschafft werden müssen und somit Kosten eingespart werden können.The Using the scanning electron microscope has the advantage that the images of the structure within a short time with a very high resolution so that even very small caused by corrosion changes the structure like pitting, which with other recording devices can be recognized only very badly or not at all. Furthermore Scanning electron microscopes are usually already in the semiconductor device production used, so to carry the procedure no additional equipment must be purchased and thus costs can be saved.

Alternativ kann das Aufnehmen und das Vergleichen der Bilder der Struktur auch mit Hilfe eines Defektdichtemessgeräts durchgeführt werden. Hierbei wird zunächst das erste Bild mit dem Defektdichtemessgerät aufgenommen und abgespeichert. Anhand der weiteren aufgenommenen und durch das Defektdichtemessgerät automatisch miteinander verglichenen Bilder bestimmt das Defektdichtemessgerät veränderte Bereiche der Struktur, wodurch ein manuelles Auffinden dieser Bereiche entfällt. Die Bereiche werden anschließend zur besseren Auflösung mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops untersucht.alternative can also record and compare the images of the structure be carried out with the help of a defect density meter. Here is the first first image taken and stored with the defect density meter. Based on the other recorded and automatically by the defect density meter images compared with each other, the defect density meter determines changed areas structure, eliminating the need to manually locate these areas. The Areas are subsequently for better resolution with Help of a Scanning Electron Microscope examined.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen der Luft eines Reinraums auf Salpetersäure- und Salzsäurespuren, wiederum bei einer Raumtemperatur im Bereich von 15°C bis 25°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit im Bereich von 35% bis 45%. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt 21 ein Halbleiterwafer mit einer eine Kupfermetallisierung aufweisenden Struktur bereitgestellt, welche entsprechend der Struktur eines gefertigten Halbleiterbauelements ausgebildet ist, und in der zu überwachenden Reinraumluft platziert. Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt 22 bei Raumtemperatur ein erstes Bild dieser Struktur mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen. 2 Fig. 3 shows a flow chart of a second embodiment of a method according to the invention for monitoring the air of a clean room for nitric and hydrochloric acid traces, again at a room temperature in the range of 15 ° C to 25 ° C and a relative humidity in the range of 35% to 45%. This is in a first step 21 a semiconductor wafer having a copper metallization-containing structure provided which is formed according to the structure of a fabricated semiconductor device, and placed in the clean room air to be monitored. Subsequently, in a second process step 22 taken at room temperature, a first image of this structure with a scanning electron microscope.

Nachfolgend wird der Halbleiterwafer in einem dritten Verfahrensschritt 23 zyklisch zwischen einer ersten Temperatur unterhalb von 5°C und einer zweiten Temperatur von wenigstens 20°C abgekühlt und aufgewärmt, so dass der Halbleiterwafer einen sinusförmigen Temperaturzyklus durchläuft und die Taupunktstemperatur wiederum periodisch unterschritten wird, um eine Kondensation von Luftfeuchtigkeit und damit die Bildung eines Wasserfilms auf dem Halbleiterwafer und der Struktur hervorzurufen. Bei diesem Verfahren ist für einen Temperaturzyklus eine Zeitperiode von ca. 15 Minuten vorgesehen.Subsequently, the semiconductor wafer in a third process step 23 cyclically between cooled and heated at a first temperature below 5 ° C and a second temperature of at least 20 ° C, so that the semiconductor wafer passes through a sinusoidal temperature cycle and the dew point temperature is again periodically undershot to a condensation of humidity and thus the formation of a water film on the To cause semiconductor wafers and the structure. In this method, a time period of about 15 minutes is provided for a temperature cycle.

In einem vierten Verfahrensschritt 24 wird periodisch in einem zeitlichen Abstand von jeweils ca. 24 Stunden ein weiteres Bild der Struktur bei Raumtemperatur aufgenommen. Diese Bilder der Struktur werden in einem fünften Verfahrensschritt 25 jeweils mit den vorhergehenden Bildern verglichen, um eine Korrosion der Kupfermetallisierung der Struktur bei Vorliegen von Salpetersäure- und Salsäurespuren in der Reinraumluft festzustellen.In a fourth process step 24 is periodically taken at a time interval of about 24 hours another image of the structure at room temperature. These pictures of the structure become in a fifth process step 25 each compared with the previous images to detect corrosion of the copper metallization of the structure in the presence of nitric and salsoic traces in the clean room air.

Da Korrosionseffekte auch an den zum Filtern der Luft von Reinräumen eingesetzten Glasfaserfiltern auftreten, können auch diese Materialien zur Überwachung der Reinraumluft herangezogen werden. 3 zeigt hierzu ein Ablaufdiagramm einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfah rens zum Überwachen der Luft eines Reinraums auf Flusssäurespuren bei einer Raumtemperatur im Bereich von 15°C bis 25°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit im Bereich von 35% bis 45%.Since corrosion effects also occur at the glass fiber filters used for filtering the air of clean rooms, these materials can also be used to monitor the clean room air. 3 shows a flow diagram of a third embodiment of a procedural inventive method for monitoring the air of a clean room on traces of hydrofluoric acid at a room temperature in the range of 15 ° C to 25 ° C and a relative humidity in the range of 35% to 45%.

Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt 31 ein Halbleiterwafer mit einem auf dem Halbleiterwafer fixierten Stück eines Glasfaserfilters bereitgestellt und in der zu überwachenden Reinraumluft platziert. Zur Fixierung kann beispielsweise ein Klebstoff vom Wasserglastyp verwendet werden. Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt 32 ein erstes Bild ausgewählter Glasfasern bei Raumtemperatur mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen.This is in a first step 31 a semiconductor wafer is provided with a piece of a glass fiber filter fixed on the semiconductor wafer and placed in the clean room air to be monitored. For fixing, for example, an adhesive of water glass type can be used. Subsequently, in a second process step 32 a first image of selected glass fibers taken at room temperature with a scanning electron microscope.

Als nächstes wird der Halbleiterwafer in einem dritten Verfahrensschritt 33 zyklisch zwischen einer ersten Temperatur unterhalb von 5°C und einer zweiten Temperatur oberhalb von 40°C abgekühlt und aufgewärmt, so dass der Halbleiterwafer einen sinusförmigen Temperaturzyklus durchläuft, bei welchem eine Zeitperiode von ca. 20 Minuten vorgesehen ist. Hierdurch wird die Taupunktstemperatur wiederum periodisch unterschritten, wodurch eine Kondensation von Luftfeuchtigkeit und damit die Bildung eines Wasserfilms auf dem Halbleiterwafer und den Glasfasern auftritt.Next, the semiconductor wafer in a third process step 33 is cooled cyclically between a first temperature below 5 ° C and a second temperature above 40 ° C and heated so that the semiconductor wafer passes through a sinusoidal temperature cycle in which a time period of about 20 minutes is provided. As a result, the dew point temperature is again periodically undershot, whereby a condensation of atmospheric moisture and thus the formation of a water film on the semiconductor wafer and the glass fibers occurs.

In einem vierten Verfahrensschritt 34 werden periodisch weitere Bilder der Glasfasern in einem zeitlichen Abstand von jeweils ca. 168 Stunden bei Raumtemperatur aufgenommen. Da Korrosionseffekte bei Glasfasern im Gegensatz zu metallischen Strukturen nicht so stark ausgeprägt sind, ist diese Zeitdauer im Vergleich zu den in den vorangegangenen 1 und 2 dargestellten Verfahren deutlich länger bemessen. Die Bilder der Glasfaser werden in einem fünften Verfahrensschritt 35 jeweils mit den vorhergehenden Bildern verglichen, um Korrosionseffekte an den Glasfasern aufgrund von Flusssäurespuren in der Reinraumluft festzustellen.In a fourth process step 34 Periodically, additional images of the glass fibers are recorded at a time interval of approximately 168 hours at room temperature. Since corrosion effects on glass fibers, in contrast to metallic structures, are not so pronounced, this period of time is in comparison to that in the previous ones 1 and 2 shown significantly longer. The images of the glass fiber are in a fifth process step 35 each compared with the previous images to detect corrosion effects on the glass fibers due to traces of hydrofluoric acid in the clean room air.

Zur Überwachung der Reinraumluft auf Flusssäurespuren kommen auch andere Strukturen in Betracht. Neben der oben beschriebenen Struktur mit einer Aluminiummetallisierung können beispielsweise Strukturen aus Bor-, Phosphor-, oder auch Borphosphorsilikatglas eingesetzt werden.For monitoring the clean room air on traces of hydrofluoric acid Other structures may also be considered. In addition to the above For example, structures having aluminum metallization may have structures from boron, phosphorus, or boron phosphosilicate glass used become.

Bei den anhand der 2 und 3 erläuterten Verfahren kann es entsprechend der in 1 dargestellten Ausführungsform von Vorteil sein, den Halbleiterwafer periodisch in einem bestimmten Zeitabstand auf eine dritte Temperatur oberhalb der zweiten Temperatur zu erhitzen, um auf der Struktur bzw. den Glasfasern abgelagerte organische Substanzen zu entfernen. Ferner ist es auch möglich, ein Defektdichtemessgerät zum Aufnehmen und Vergleichen der Bilder einzusetzen.In the case of the 2 and 3 It can be explained according to the methods described in 1 be shown embodiment to heat the semiconductor wafer periodically at a certain time interval to a third temperature above the second temperature to remove deposited on the structure or the glass fibers organic substances. Further, it is also possible to use a defect density meter for taking and comparing the images.

Alle drei anhand der 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens basieren auf der beschleunigten Korrosion einer Struktur aufgrund der unterhalb der Taupunktstemperatur stattfindenden Kondensation und damit verbundenen Bildung eines Wasserfilms, in welchem für die Struktur korrosive Bestandteile enthalten sind, vorausgesetzt, dass die zu überwachende Luft entsprechende korrosive Inhaltsstoffe aufweist. Hierdurch lassen sich Korrosionseffekte, welche nicht zwangsläufig auch an den Strukturen von gefertigten Halbleiterbauelementen auftreten müssen, frühzeitig erkennen. Es können folglich Vorkehrungen getroffen werden, um Korrosionsschäden an den Halbleiterbauelementen und den Glasfaserfiltern, aber auch beispielsweise an den in der Halbleiterbauelementfertigung verwendeten Anlagen im Vorfeld zu vermeiden.All three based on the 1 to 3 illustrated embodiments of a method according to the invention are based on the accelerated corrosion of a structure due to condensation taking place below the dew point temperature and associated formation of a water film in which the structure contains corrosive constituents, provided that the air to be monitored has corresponding corrosive ingredients. As a result, corrosion effects, which do not necessarily have to occur on the structures of fabricated semiconductor components, can be recognized early on. Thus, precautions can be taken to prevent corrosion damage to the semiconductor devices and the glass fiber filters as well as, for example, to the equipment used in semiconductor device fabrication in advance.

4 zeigt eine Überwachungsvorrichtung 1 zum Überwachen korrosiver Luftinhaltsstoffe bei der Halbleiterbauelementfertigung. Die Überwachungsvorrichtung 1 weist eine Temperatureinrichtung 5 auf, auf welcher ein Halbleiterwafer 2 mit einer auf dem Halbleiterwafer 2 ausgebildeten Struktur 3 gelagert und auf eine gewünschte Temperatur ge bracht werden kann. Als Temperatureinrichtung 5 könnte beispielsweise ein zu Testzwecken von Halbleiterbauelementen eingesetzter Thermochuck verwendet werden, mit dessen Hilfe ein Halbleiterwafer auf eine gewünschte Temperatur in einem Bereich von etwa –20°C bis 200°C gebracht werden kann. Zur Erzeugung dieser Temperaturen sind Thermochucks beispielsweise mit einem Peltierelement versehen. 4 shows a monitoring device 1 for monitoring corrosive air constituents in semiconductor device fabrication. The monitoring device 1 has a temperature device 5 on which a semiconductor wafer 2 with one on the semiconductor wafer 2 trained structure 3 stored and ge to a desired temperature can be introduced. As a temperature device 5 For example, a thermochuck used for testing semiconductor devices could be used to bring a semiconductor wafer to a desired temperature in a range of about -20 ° C to 200 ° C. To produce Supplying these temperatures Thermochucks are provided for example with a Peltier element.

Die Temperatureinrichtung 5 ist weiter an eine Steuereinrichtung 6 angeschlossen, mittels derer die Temperatureinrichtung 5 zyklisch zwischen einer ersten Temperatur unterhalb einer Taupunktstemperatur und einer zweiten Temperatur oberhalb der Taupunktstemperatur betrieben werden kann, um die oben erläuterte Kondensation und Bildung eines Wasserfilms auf dem Halbleiterwafer 2 und der Struktur 3 und damit bei Vorliegen von korrosiven Luftinhaltsstoffen eine beschleunigte Korrosion der Struktur 3 hervorzurufen. Günstigerweise ist die Steuereinrichtung 6 ausgelegt, die Temperatureinrichtung 5 auf eine dritte Temperatur oberhalb der zweiten Temperatur zu erwärmen, um auf der Struktur 3 abgelagerte organische Materialien aus der Luft von der Struktur 3 zu entfernen.The temperature device 5 is next to a control device 6 connected, by means of which the temperature device 5 can be operated cyclically between a first temperature below a dew point temperature and a second temperature above the dew point temperature to the above-described condensation and formation of a water film on the semiconductor wafer 2 and the structure 3 and thus in the presence of corrosive air contents an accelerated corrosion of the structure 3 cause. Conveniently, the control device 6 designed, the temperature device 5 to heat to a third temperature above the second temperature to get on top of the structure 3 deposited organic materials from the air of the structure 3 to remove.

Die Überwachungsvorrichtung 1 weist weiter ein Rasterelektronenmikroskop 4 als Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen von Bildern der Struktur 3 auf. Das Rasterelektronenmikroskop 4 ist mit einer Anzeigeeinrichtung 44 versehen, um die zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder zu vermessen und miteinander zu vergleichen, so dass durch Korrosion hervorgerufene Veränderungen der Struktur 3 unmittelbar festgestellt werden können.The monitoring device 1 further shows a scanning electron microscope 4 as a recording device for taking pictures of the structure 3 on. The scanning electron microscope 4 is with a display device 44 in order to measure and compare the images recorded at different times, so that changes in the structure caused by corrosion 3 can be detected immediately.

Alternativ können als Aufnahmeeinrichtung ein Rasterelektronenmikroskop und ein Defektdichtemessgerät eingesetzt werden, wobei das Defektdichtemessgerät das Vergleichen der Bilder der Struktur durchführt, um veränderte Bereiche der Struktur zu bestimmen. Diese Bereiche können dann mit dem Rasterelektronenmikroskop mit einer höheren Auflösung untersucht werden.alternative can as a recording device, a scanning electron microscope and a defect density meter used with the defect density meter comparing the images the structure performs, changed To determine areas of the structure. These areas can then be examined with the scanning electron microscope with a higher resolution.

11: Überwachungsvorrichtungmonitoring device
22: HalbleiterwaferSemiconductor wafer
33: Strukturstructure
44: Rasterelektronenmikroskopscanning Electron Microscope
4444: Anzeigeeinrichtungdisplay
55: Temperatureinrichtungtemperature device
66: Steuereinrichtungcontrol device
11, 12, 13, 14, 15, 10011 12, 13, 14, 15, 100: Verfahrensschrittstep
21, 22, 23, 24, 2521 22, 23, 24, 25: Verfahrensschrittstep
31, 32, 33, 34, 3531 32, 33, 34, 35: Verfahrensschrittstep

Claims

A method of monitoring corrosive air constituents in semiconductor device fabrication comprising the steps of: a) providing a semiconductor wafer ( 2 ) with one on the semiconductor wafer ( 2 ) trained structure ( 3 ); b) taking a first image of the structure ( 3 ); c) cyclic cooling and heating of the semiconductor wafer ( 2 ) between a first temperature below a dew point temperature and a second temperature above the dew point temperature over a predetermined number of temperature cycles; d) taking a second image of the structure ( 3 ); e) comparing the first and second images of the structure ( 3 ) to change the structure ( 3 ).

The method of claim 1, wherein each time periodically after passing through a predetermined number of temperature cycles or a predetermined period of time another image of the structure ( 3 ), which is compared with the previous images respectively.

Method according to one of claims 1 or 2, wherein the taking of the images of the structure ( 3 ) using a scanning electron microscope ( 4 ) is carried out.

Method according to one of claims 1 or 2, wherein the recording and comparing the images of the structure with a defect density meter and changed as determined by the defect density meter Areas of the structure examined with a scanning electron microscope become.

Method according to one of the preceding claims, wherein as an additional method step, in each case after a certain number of temperature cycles, heating of the semiconductor wafer ( 2 ) is carried out to a third temperature above the second temperature to be applied to the structure ( 3 ) deposited organic materials from the air of the structure ( 3 ) to remove.

Method according to one of claims 1 to 5 for monitoring of hydrofluoric acid and hydrochloric acid traces at a room temperature in the range of 15 ° C to 25 ° C and a relative humidity ranging from 35% to 45%, the structure being an aluminum metallization and the semiconductor wafer having a sinusoidal temperature cycle a first temperature below 5 ° C, a second temperature of at least 25 ° C and a period of about 10 minutes and in a temporal Distance of about 8h a picture of the structure taken at room temperature becomes.

A method according to any one of claims 1 to 5 for monitoring nitric and hydrochloric acid traces at a room temperature in the range of 15 ° C to 25 ° C and a relative humidity in the range of 35% to 45%, the structure having a Having copper metallization and the semiconductor wafer passes through a sinusoidal temperature cycle with a first temperature below 5 ° C, a second temperature of at least 20 ° C and a time period of about 15min and taken at a time interval of about 24h an image of the structure at room temperature becomes.

Method according to one of claims 1 to 5 for monitoring of traces of hydrofluoric acid at a room temperature in the range of 15 ° C to 25 ° C and a relative humidity ranging from 35% to 45%, being a piece of a structure Fiberglass filter is used, which on the semiconductor wafer is fixed, and the semiconductor wafer a sinusoidal Temperaturzyk lus with a first temperature below 5 ° C, a second temperature above from 40 ° C and a time period of about 20min and in a temporal Distance of about 168h a picture of the structure taken at room temperature becomes.