KR100595137B1 - Method for inspecting electric properties of semiconductor device with fib system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온 빔 집속(Focused Ion Beam, 이하 'FIB'라 함) 방법을 이용하여 반도체 소자의 금속 구조에 전기적인 결함이 있는지 여부를 검사하는 방법에 관한 것으로, FIB 방법으로 반도체 소자의 검사할 금속 구조를 노출시키는 단계와, 노출된 금속 구조에 FIB 장치 내의 오믹(ohmic) 프로브(probe)를 연결하는 단계와, 프로브에 테스터(tester)를 연결하는 단계를 포함하며, 추가적으로 OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change) 장치를 사용을 병행할 수 있다. 본 발명에 의하면 간편한 방법으로 더욱 정밀하게 반도체 소자의 금속 구조에 대한 전기적 특성을 검사할 수 있다.The present invention relates to a method for inspecting whether there is an electrical defect in a metal structure of a semiconductor device by using a focused ion beam (FIB) method. Exposing the metal structure, connecting an ohmic probe in the FIB device to the exposed metal structure, and connecting a tester to the probe, and additionally an optical beam induced Resistance Change) The device can be used in parallel. According to the present invention, it is possible to examine the electrical characteristics of the metal structure of the semiconductor device more precisely with a simple method.

FIB, 프로브(probe), 증착, 백금, OBIRCHFIB, Probe, Deposition, Platinum, OBIRCH

Description

ＦＩＢ 장치를 이용한 반도체 소자의 전기적 특성 검사 방법{Method for Inspecting Electric Properties of Semiconductor Device with FIB System}Method for Inspecting Electric Properties of Semiconductor Device with FIB System}

도 1은 종래 기술에 의해 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for inspecting electrical characteristics of a semiconductor device by the prior art.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도.2A and 2B are schematic cross-sectional views illustrating a method for inspecting electrical characteristics of a semiconductor device according to the present invention.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 실시예를 보여주는 SEM 사진.3a and 3b are SEM pictures showing an embodiment according to the present invention.

도 4는 OBIRCH를 사용하여 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하는 방법을 설명하기 위한 간략도. 4 is a simplified diagram for explaining a method of inspecting electrical characteristics of a semiconductor device using OBIRCH.

<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>

21: 절연막 23: 금속 구조21: insulating film 23: metal structure

23a: 노출된 금속 구조 25: 오믹 프로브23a: bare metal structure 25: ohmic probe

27: FIB 증착 부분 42: 레이저 빔27: FIB deposition part 42: laser beam

44: 스캔 장치44: scanning device

본 발명은 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하는 방법으로서 더 구체적으로는 이온 빔 집속(Focused Ion Beam, 이하 'FIB'라 함) 방법을 이용하여 반도체 소자의 금속 구조에 전기적인 결함이 있는지 여부를 검사하는 방법에 관한 것이다.The present invention is a method for inspecting the electrical characteristics of a semiconductor device, more specifically, by using a method (Focused Ion Beam, hereinafter referred to as "FIB") method to check whether there is an electrical defect in the metal structure of the semiconductor device It is about how to.

일반적으로는 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하기 위하여 공정 진행 과정에서 웨이퍼의 최상부에 소자의 금속부와 연결된 전기 프로브 접촉용 패드(pad)를 만든다.In general, in order to inspect the electrical characteristics of the semiconductor device, a pad for contacting the electrical probe is formed on the top of the wafer and connected to the metal part of the device during the process.

도 1과 같이 측정용 패드(1)의 일부는 기판(3)에 형성된 금속 구조(5)와 접촉하며, 측정용 패드(1)의 다른 일부는 절연막(7) 위에 노출되어 검사용 프로브(9)와 접촉하게 되고, 테스터를 이 프로브(9)에 연결하여 필요한 전기적 특성을 측정하게 된다.As shown in FIG. 1, a part of the measuring pad 1 is in contact with the metal structure 5 formed on the substrate 3, and another part of the measuring pad 1 is exposed on the insulating film 7 to inspect the test probe 9. ) And the tester is connected to this probe 9 to measure the required electrical properties.

종래의 이러한 검사 방법에서는 반도체 소자를 효과적으로 검사하기 위해서, 프로브(9)와 소자의 금속 구조부(5)를 전기적으로 연결하는 측정용 패드(1)의 전도성(conductivity)이 높아야 하며, 외부 영향을 줄이기 위해 절연막(7)의 절연성이 뛰어나야 하는 조건이 있었다. 더구나 고집적 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하는 경우에는 수 ㎁ 또는 ㎶ 이하의 전류 또는 전압 값이 측정될 수 있을 정도의 정밀함을 필요로 한다.In this conventional inspection method, in order to effectively inspect a semiconductor device, the conductivity of the measurement pad 1 electrically connecting the probe 9 and the metal structure 5 of the device should be high, and reduce external influences. There was a condition that the insulating film 7 had to have excellent insulation properties. In addition, the inspection of the electrical characteristics of the highly integrated semiconductor device requires a precision that can measure a current or voltage value of several kilowatts or less.

따라서 측정용 패드(1)의 전도성을 높이기 위해 알루미늄이나 백금 등의 연성 금속(soft metal)을 사용하여 측정용 패드(1)를 형성하고, 프로브(9)와 측정용 패드(1)가 접촉할 때 접촉 면적이 증가하도록 하는 방법을 사용하였다. 또한 소자의 금속 구조부(5)와 외부 사이의 절연성을 높이기 위해 금속 부분 전체를 절연물 질로 덮고 측정용 패드(1)의 상부만 노출되도록 하는 방법을 사용했다.Therefore, in order to increase the conductivity of the measuring pad 1, the measuring pad 1 is formed using a soft metal such as aluminum or platinum, and the probe 9 and the measuring pad 1 are in contact with each other. When the contact area was used to increase. In addition, in order to increase the insulation between the metal structure part 5 and the outside of the device, a method of covering the entire metal part with an insulating material and exposing only the upper portion of the measurement pad 1 was used.

그 결과 반도체 소자 제조 공정과는 별도로, 절연막(7)을 도포하고 그 일부만을 선택적으로 식각해서 특정 금속 부분을 노출시키고, 그 해당 부분에 측정용 패드(1)를 형성하는 과정이 필요했다. 또한 이 경우 측정용 패드(1)의 면적이 수십 ㎛2 정도로 정확한 부위를 측정하기 곤란한 문제가 발생한다.As a result, in addition to the semiconductor device manufacturing process, it was necessary to apply the insulating film 7 and selectively etch only a part thereof to expose a specific metal part and to form the measurement pad 1 in the corresponding part. In addition, in this case, a problem arises that it is difficult to measure an accurate site with an area of the measuring pad 1 in the order of several tens of m 2 .

본 발명의 목적은 FIB 장치를 이용하여 반도체 소자의 전기적 특성을 정확한 특정 영역에서 검사하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for inspecting the electrical characteristics of a semiconductor device in a specific region using an FIB device.

본 발명의 다른 목적은 추가적인 공정없이, FIB 장치를 통해서 반도체 소자 금속 구조의 국소적인 부분만을 노출시켜 전기적 특성을 검사하는 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method for inspecting electrical properties by exposing only local portions of a semiconductor device metal structure through an FIB device, without further processing.

본 발명의 또 다른 목적은 반도체 소자의 전기적 특성과 결함을 정확하고 간편하게 측정하는 방법을 제공하여, 공정을 단순화하고 비용을 절감하며, 소자의 신뢰성을 높이는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide a method for accurately and easily measuring electrical characteristics and defects of a semiconductor device, thereby simplifying a process, reducing costs, and increasing device reliability.

본 발명은 이온 빔 집속 장치(FIB)를 이용하여 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하는 방법으로서, FIB 방법으로 반도체 소자의 검사할 금속 구조를 노출시키는 단계와, 노출된 금속 구조에 FIB 장치 내의 오믹(ohmic) 프로브(probe)를 연결하는 단계와, 프로브에 테스터(tester)를 연결하는 단계를 포함하며, 추가적으로 OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change) 장치의 사용을 병행할 수 있다.The present invention is a method for inspecting the electrical characteristics of a semiconductor device using an ion beam focusing device (FIB), comprising the steps of exposing the metal structure to be inspected of the semiconductor device by the FIB method; ohmic) includes connecting a probe and connecting a tester to the probe, and may additionally use an optical beam induced resistance change (OBIRCH) device.

본 발명에서는 일반적인 FIB 장치를 사용하여 반도체 소자의 전기적 특성을 검사할 수 있는 정밀한 방법을 제공한다. 이온 빔을 집속하여 반도체 소자의 금속 구조를 국부적으로 노출시키고 FIB 장치의 미세한 프로브(probe)를 금속 구조에 연결하여 더 정확하고 세밀하게 반도체 소자의 특성을 검사한다.The present invention provides a precise method for examining the electrical characteristics of a semiconductor device using a general FIB device. The ion beam is focused to expose the metal structure of the semiconductor device locally, and the fine probe of the FIB device is connected to the metal structure to examine the characteristics of the semiconductor device more accurately and precisely.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1실시예First embodiment

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라서 반도체 소자 금속 구조의 전기적 특성을 검사하는 방법을 나타내는 개략적인 단면도들이다.2A and 2B are schematic cross-sectional views illustrating a method of inspecting electrical characteristics of a semiconductor device metal structure according to the present invention.

먼저 일반적인 반도체 제조 공정을 따라서 반도체 소자를 제조한다. 본 발명에 의하면 전기적 특성을 검사하기 위한 패드가 필요하지 않으므로, 패드를 형성하는 별도의 공정 또한 필요로 하지 않는다. 따라서 제조된 반도체 소자를 좀 더 간편하게 검사할 수 있다.First, a semiconductor device is manufactured according to a general semiconductor manufacturing process. According to the present invention, since a pad for inspecting electrical characteristics is not necessary, a separate process for forming the pad is not required. Therefore, the manufactured semiconductor device can be more easily inspected.

도 2a와 같이 반도체 소자의 제조 공정에 따라 제조된 소자를 검사하기 위해, FIB 장치를 사용하여 특정 부분의 절연막(21)을 국소적으로 제거하고, 금속 구조(23)를 노출시킨다.In order to inspect the device manufactured according to the manufacturing process of the semiconductor device as shown in FIG. 2A, the insulating film 21 of the specific portion is locally removed using the FIB device, and the metal structure 23 is exposed.

FIB 장치는 이온 빔을 전자기장 등을 통해 특정 부위에 집속(focused)되도록 방출하여 이를 절삭, 식각, 증착 및 시료의 제작에 이용하는 장치로서 방출되는 이온의 에너지를 조절할 수 있으므로 검사할 반도체 소자의 특정부위를 필요한 정도만 정확하게 스퍼터링(sputtering) 할 수 있다. 따라서, FIB 장치를 이용하여 소 자의 금속 구조를 노출시키면, 검사하려고 하는 소자의 금속 구조 부분에 정확하게 전기적 신호를 가할 수 있다.The FIB device emits an ion beam to focus on a specific part through an electromagnetic field, and is used to cut, etch, deposit, and fabricate a sample. The FIB device can control energy of emitted ions so that a specific part of a semiconductor device to be inspected can be controlled. Can only sputter exactly as needed. Therefore, by exposing the metal structure of the element using the FIB device, it is possible to accurately apply an electrical signal to the metal structure portion of the device to be inspected.

이어서, 오믹 프로브(25, ohmic probe)를 노출된 금속 구조 부분(23a)에 접촉시킨다. FIB 장치에는 다양한 용도의 프로브가 사용되며, 이 프로브들은 밀링 공정을 위한 것과 증착을 위한 것 등 각각의 용도에 따른 구조를 가지고 있다.The ohmic probe 25 is then contacted with the exposed metal structure portion 23a. Various applications of probes are used in the FIB apparatus, and these probes have structures for different purposes, such as for milling processes and for deposition.

본 발명에서 소자의 금속 구조 부분(23a)에 연결되는 오믹 프로브(25)는 상당히 미세한 것으로 투과 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope)의 시료를 제작한 다음, 오믹 프로브를 미세한 시료에 부착해서 시료를 이동시키는 데에도 사용할 수 있다. In the present invention, the ohmic probe 25 connected to the metal structure part 23a of the device is extremely fine, and a sample of a transmission electron microscope (TEM) is manufactured, and then the ohmic probe is attached to the fine sample to prepare the sample. Can also be used to move.

계속해서 도 2b와 같이 FIB 장치에 의해 국소적으로 식각된 부분을 역시 FIB 장치를 사용해서 백금(Pt) 등을 증착해 메우면서(27), 오믹 프로브(25)를 금속 구조 부분(23a)과 연결시킨다. 이때 백금 등을 국소적인 부분에만 증착시키므로, 전기적 특성을 검사하기 위해 필요한 두 조건을 모두 만족하게 된다. 다시 말하면, 전도성이 높은 백금을 증착하므로 검사대상과 분석기기 사이의 전도성이 좋아지며, 절연막을 아주 작은 영역만 식각하여 외부의 영향을 차단할 수 있다. 한편 본 발명에 의하면 FIB 장치 내에서 모든 과정이 이루어지므로, 분석을 위한 시료를 만들기 위해 검사 대상을 이동시킬 필요가 없다. Subsequently, as shown in FIG. 2B, the portion locally etched by the FIB device is deposited by filling platinum (Pt) or the like using the FIB device (27), and the ohmic probe 25 is connected to the metal structure portion 23a. Connect it. At this time, since platinum is deposited only on a local part, both conditions necessary for inspecting electrical characteristics are satisfied. In other words, since the highly conductive platinum is deposited, the conductivity between the inspection object and the analyzer is improved, and only a small area of the insulating layer is etched to block external influences. Meanwhile, according to the present invention, since all processes are performed in the FIB device, there is no need to move the test object to make a sample for analysis.

다음으로 오믹 프로브(25)에 테스터(tester)를 연결하여 전기적 신호를 가하고 이를 측정한다. Next, a tester (tester) is connected to the ohmic probe 25 to apply an electrical signal and measure the same.

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 실시예를 구체적으로 보여주는 SEM 사진으 로 도 3a에서 프로브가 삽입되어 노출된 금속 구조와 접촉하는 것을 볼 수 있으며, 도 3b는 백금을 증착하여 프로브와 시료의 금속 구조 부분을 연결한 것을 보여준다. 3A and 3B are SEM images showing an embodiment according to the present invention in detail, and it can be seen that the probe is inserted into and exposed to the exposed metal structure in FIG. 3A. Show the joining of the metal structural parts.

제2실시예Second embodiment

본 발명은 OBIRCH 장치와 함께 실시할 수 있다. OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change) 장치는 도 4에서 보듯이 레이저 빔(42, laser beam)을 쏜 다음 스캔 장비(44, scanner)로 시료(46)의 표면을 검사하는 방법이다. 레이저 빔이 가해진 부분은 가열됨에 따라서 저항이 증가하고 그 결과 전류가 감소하며, OBIRCH 장치로 이런 변화들을 측정하여 전기적인 특성을 검사할 수 있다.The present invention can be implemented with an OBIRCH device. OBIRCH (Optical Beam Induced Resistance Change) device is a method of shooting the laser beam (42, laser beam) as shown in Figure 4 and then the surface of the sample 46 with a scanning device (44, scanner). As the laser beam is heated, the resistance increases as a result of heating, and the current decreases, and the electrical characteristics can be checked by measuring these changes with the OBIRCH device.

따라서, 본 발명에 따라서 시료에 부착된 프로브에 전기적 신호를 가하고 OBIRCH장치를 통해 시료를 스캔하면, 누설 전류를 비롯하여 전기적 결함이 있는 부분을 정확히 찾아낼 수 있다.Therefore, when the electrical signal is applied to the probe attached to the sample according to the present invention and the sample is scanned through the OBIRCH device, it is possible to accurately find the defective part including the leakage current.

지금까지 도면을 참조로 본 발명의 구체적인 구현 방법을 설명하였지만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 한 설명은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 충분히 변형되거나 수정될 수 있다.Although a specific implementation method of the present invention has been described above with reference to the drawings, it is intended to be easily understood by those skilled in the art and is not intended to limit the technical scope of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention is determined by the matters described in the claims, and the description with reference to the drawings may be sufficiently modified or modified within the scope of the technical idea of the present invention.

본 발명에 의해 간편한 방법으로 더욱 정밀하게 반도체 소자의 금속 구조에 대한 전기적 특성을 검사할 수 있으며, 결함이 발생한 위치를 정확하게 찾을 수 있고 그 결과 수율을 높이고 소자의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to examine the electrical characteristics of the metal structure of the semiconductor device more precisely in a simple manner, to accurately find the location of the defect, and to increase the yield and increase the reliability of the device.

Claims (3)

FIB(Focused Ion Beam) 장치를 이용하여 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하는 방법으로서, As a method of inspecting the electrical characteristics of a semiconductor device using a focused ion beam (FIB) device, (a) FIB을 사용하여 반도체 소자의 검사할 금속 구조 부분을 노출시키는 단계와,(a) exposing a metal structure portion of the semiconductor device to be inspected using FIB; (b) 상기 노출된 금속 구조 부분에 상기 FIB 장치의 오믹(ohmic) 프로브(probe)를 연결하는 단계와,(b) coupling an ohmic probe of the FIB device to the exposed metal structure portion; (c) 상기 오믹 프로브에 테스터(tester)를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전기적 특성 검사 방법.(c) connecting a tester to the ohmic probe. 제1항에서,In claim 1, 상기 (b) 단계는 FIB 장치를 사용하여 백금(Pt)을 증착해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전기적 특성 검사 방법. The step (b) is a method for inspecting electrical characteristics of a semiconductor device, characterized in that by depositing platinum (Pt) using a FIB device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 테스터를 통해 주입된 시험 전류가 누설되는 부위를 OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change) 장치를 사용하여 찾아내는 단계를 추가로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전기적 특성 검사 방법.And detecting a portion of the test current injected through the tester using an optical beam induced resistance change (OBIRCH) device.
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