JP2007123916A - 半導体装置の検査方法及び検査装置、及びそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】工程途中のウエハに対して、接合が逆バイアスになる条件で、電子ビームを所定の間隔で複数回照射し、逆バイアスにおける帯電緩和の時間特性の差をモニタする。接合リークが発生した箇所は正常部よりも短時間に帯電が緩和するので、正常部と不良部で電位差が生じ、電位コントラスト像で明るさの差として観察される。この画像を取得し、リアルタイム画像処理を施し、不良部の位置と明るさを記憶する動作を順次繰り返すことにより、指定領域の自動検査を実施できる。不良部の画像、明るさ、分布等の情報は、検査後自動的に保存・出力される。
【選択図】図7
Description
また、上記検査を適用することにより、異常発生をいち早く検知することができ、従来よりも早期に対策を講ずることができるので、多量の不良発生を未然に防止することができ、さらにその結果、不良の発生そのものを低減させることができるので、半導体装置等の信頼性を高めることができ、新製品等の開発効率が向上し、且つ、製造コストが削減できる。
本実施例では、製造工程途中の半導体ウエハにおいて、リーク不良有無を検査する検査方法および検査装置について記載する。
次に、図1および図2で示した検査装置の各部の動作について、リフレッシュ不良を検査するためのフローに従い説明する。図3に検査のフローを示す。図1、図2および図3を用いて以下にフローと各部の動作について記載する。
ウエハがロードされたら、上記入力された検査条件に基づき、電子光学系制御部25より各部に電子線照射条件が設定される。そして、図4に示すような、ウエハホルダ17上に載置されたビーム校正用パターン50が電子光学系下にくるようにステージ16が移動し(図3のステップ40)、ビーム校正用パターン50の電子線画像を取得し、該画像より焦点及び非点収差の調整を行う。そして、被検査ウエハ18上の所定の箇所に移動し、ウエハ18の電子線画像を取得し、コントラスト等を調整する。ここで、電子線照射条件等を変更する必要が生じた場合にはパラメータを変更し、再度ビーム校正を実施することが可能である。同時にウエハ18の高さを高さ検出器15より求め、ウエハ高さ検出系26により高さ情報と電子ビームの合焦点条件の相関を求め、この後の電子線画像取得時には毎回焦点合わせを実行することなく、ウエハ高さ検出の結果より合焦点条件に自動的に調整する。これにより、高速連続電子線画像取得が可能になった(図3のステップ41)。
第2の実施例は、上記第1の実施例における検査結果をビット累積度数で表示したものである。図11にビット累積度数表示の例を示す。ビット累積度数は、各リフレッシュ時間毎のビット数より求めることができるが、実際の検査においてはあらゆるリフレッシュ時間に対応した検査を実行することは実質不可能である。そこで、本実施例では、第1の実施例で説明した各種検査条件を組合わせることにより、3種類のリフレッシュ時間に対応する検査条件を設定し、検査を実行した。第一の検査条件で検査した結果、図11の65に相当するリフレッシュ時間のビットを検出し、その結果を累積度数に入力し、同様の方法で図11の66および図11の67に相当するリフレッシュ時間のビット数を求め、累積度数に入力した。その結果、正常チップとリーク不良チップで特性の差を検知することができた。
第3の実施例では、フラッシュメモリ製品のリーク不良検査に適用した例である。フラッシュメモリにおいては、フローティングゲートを介して電荷の蓄積、消去を行う。そのため、ゲートと基板間の酸化膜に欠陥等が存在し、リークを発生すると不良となる。本検査方法を適用することにより、ゲートと基板間のリーク不良が検出可能になった。また、ソースとドレイン間でリークが発生している場合に、原因が結晶欠陥等による場合であれば、基板上のプラグパターンを検査することによりリーク不良発生箇所を特定することができる。
第4の実施例では、図12に示すように、試料台にヒータ68および温度制御部69を追加し、高温で検査を可能にしたものである。
リフレッシュ不良は、温度によりリーク電流の特性が変化する。室温では差がでにくい領域のリーク電流でも、温度を高くすることにより帯電緩和特性に差をつけることが可能となる。
第5の実施例は、上記第1から第4の実施例で述べた検査方法および検査装置を含む半導体製造プロセスにおける検査解析システムの実施例である。図13に半導体製造工程における検査解析システムの概略図を示す。システム70は、本発明の検査装置1、異物外観検査装置71、レビュー装置72、FIBや断面SEM、TEM等の解析装置73、電気テストを実施するテスタ74、データ収集解析部75、製造プロセス条件データベース・管理システム76より構成されている。
本実施例は、上記検査方法を半導体製造方法に適用した場合について説明する。図14は半導体製造工程のフローを示している。従来方法では着工(図14のステップ79)して各種工程を経て前工程を完成し(図14のステップ83)、電気テストを実施(図14のステップ84)してから接合プロセスの良否を判定し、その結果を接合プロセスへフィードバックし、対策を行ってきた(図14のステップ87)。しかし、従来方法では接合形成工程(図14のステップ81)を通過してからフィードバックを講じる(図14のステップ87)までに1〜数ヶ月の期間を要し、その間不良が発生していた場合にはすべての製品が不良となってしまったり、低歩留まりのまま製造してしまっていた。
Claims (6)
- PN接合上にプラグが形成された領域を含む半導体試料に対し、電子線を所定の間隔で複数回照射してリーク不良箇所を検出する機能を備えた検査装置であって、
前記PN接合が逆バイアスになる条件かつ1回のビーム照射で前記プラグの帯電電圧が飽和しない照射条件の電子線を前記半導体試料に照射し、当該電子線照射領域の画像データを取得する走査電子顕微鏡と、
前記電子線を前記プラグの帯電緩和時間よりも短い時間間隔で間欠照射して得られる複数の画像データから前記半導体試料のリーク不良を検出する画像処理手段とを備えたことを特徴とする検査装置。 - PN接合上にプラグが形成された領域を含む半導体試料に対し、電子線を所定の間隔で複数回照射してリフレッシュ特性の不良ビットを検出する機能を備えた検査装置であって、
前記PN接合が逆バイアスになる条件かつ1回のビーム照射で前記プラグの帯電電圧が飽和しない照射条件の電子線を前記半導体試料に照射し、当該電子線照射領域の画像データを取得する走査電子顕微鏡と、
前記電子線を前記プラグの帯電緩和時間よりも短い時間間隔で間欠照射して得られる複数の画像データを用いて、前記半導体試料に存在するリフレッシュ特性の不良ビットの分布を算出する画像処理手段とを備えたことを特徴とする検査装置。 - PN接合上にプラグが形成された領域を含む半導体試料に対し、電子線を所定の間隔で複数回照射してリーク不良箇所を検出する機能を備えた検査装置であって、
前記プラグの二次電子放出効率が1より大きくかつ1回のビーム照射で前記プラグの帯電電圧が飽和しないような条件に前記電子線の照射エネルギーを制御し、かつ前記電子線の照射間隔が前記プラグの帯電緩和時間よりも短くなるように前記電子線の照射タイミングを調整し、発生する二次電子または反射電子起因の信号を出力する走査電子顕微鏡と、
当該二次電子または反射電子信号から前記半導体試料の帯電緩和状態を検出し、該帯電緩和の度合いにより、前記リーク不良箇所を検出する画像処理手段とを備えたことを特徴とする検査装置。 - PN接合上にプラグが形成された領域を含む半導体試料に対し、電子線を所定の間隔で複数回照射してリフレッシュ特性の不良箇所を検出する機能を備えた検査装置であって、
前記プラグの二次電子放出効率が1より大きくかつ1回のビーム照射で前記プラグの帯電電圧が飽和しないような条件に前記電子線の照射エネルギーを制御し、かつ前記電子線の照射間隔が前記リフレッシュ時間よりも短くなるように前記電子線の照射タイミングを調整して電子線を試料に照射し、発生する二次電子または反射電子起因の信号を出力する電子光学系を備えた走査電子顕微鏡と、
前記二次電子または反射電子信号から前記半導体試料の帯電緩和状態を検出し、該帯電緩和の度合いにより、前記リフレッシュ特性の不良箇所を検出する画像処理手段とを備えたことを特徴とする検査装置。 - 請求項4に記載の検査装置において、
前記画像処理手段は、
前記二次電子または反射電子から得られる電位コントラストの時間変化を観測することにより、設定されたリフレッシュ時間に対して帯電が進まないプラグを検出し、
当該帯電が進まないプラグの累積度数のリフレッシュ時間に対する依存性を算出することにより、前記リーク不良箇所を検出することを特徴とする検査装置。 - PN接合上にプラグが形成された領域を含む半導体試料に対し、電子線を所定の間隔で複数回照射してリーク不良箇所を検出する機能を備えた検査装置であって
前記半導体試料に対して電子線を走査し
前記プラグの二次電子放出効率が1より大きくなるような条件に前記電子線の照射エネルギーを制御し、当該電子線を前記半導体試料に照射して発生する二次電子または反射電子起因の信号を出力する走査電子顕微鏡と、
該出力された二次電子または反射電子信号から前記半導体試料の帯電緩和状態を検出し、該帯電緩和の度合いにより、前記リーク不良箇所を検出する画像処理手段とを備えたことを特徴とする検査装置。
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