KR100769147B1 - Method of detacting semiconductor device faults by using afm - Google Patents

Method of detacting semiconductor device faults by using afm Download PDF

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    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes

Abstract

A method for detecting a defect in a semiconductor device using an AFM is provided to allow a user to easily seize a defect position by displaying positions of a voltage value having high deviation on image information of the AFM. A voltage applied to a metal pattern formed on semiconductor substrate is measured by using a tip(200) of an AFM(Atomic Force Microscope). The measured position is detected as a defect position(310) when an average value of the measured voltage value is higher than a predetermined value. Information on the measured position is displayed in image information of the AFM as an image. The step of measuring the voltage is performed by using a voltmeter provided on each side of the tip.

Description

ＡＦＭ을 이용한 반도체 장치의 결함 검출 방법{Method of Detacting Semiconductor Device Faults by Using AFM} Method for Detecting Faults in Semiconductor Devices Using AF {Method of Detacting Semiconductor Device Faults by Using AFM}

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 ＡＦＭ을 이용한 반도체 장치의 결함 검출 방법을 설명하기 위한 패턴의 예시도. 1A to 1C are illustrations of a pattern for explaining a defect detection method of a semiconductor device using the AF according to the embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ＡＦＭ을 이용한 반도체 장치의 결함 검출 방법을 설명하기 위한 순서도. 2 is a flowchart illustrating a defect detection method of a semiconductor device using an AF according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 ＡＦＭ을 이용한 반도체 장치의 결함 검출 방법을 설명하기 위한 그래프. 3 is a graph for explaining a defect detection method of a semiconductor device using the AF according to the embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100: 반도체 기판 110,120: 절연층 100: semiconductor substrate 110, 120: insulating layer

130: 상부 배선패턴 140: 하부 배선패턴 130: upper wiring pattern 140: lower wiring pattern

150: 콘택 200: 팁 150: contact 200: tip

210: 캔틸레버 300,310,320: 결함 위치 210: cantilever 300,310,320: defect location

400,500,600: 패턴 400,500,600: pattern

본 발명은 반도체 장치의 결함 검출 방법에 관한 것으로, 특히 ＡＦＭ을 이용하여 반도체 장치의 결함을 검출하는 ＡＦＭ을 이용한 반도체 장치의 결함 검출 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a defect detection method of a semiconductor device, and more particularly, to a defect detection method of a semiconductor device using an AFM for detecting a defect of a semiconductor device using an AFM.

반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라, 입자(particle) 뿐만 아니라 실리콘 격자로부터 야기되는 결함(defect)들이 소자의 작동에 치명적인 영향을 미치게 되므로, 수율 관리 측면에서 반도체 장치의 결함을 조사하는 중요성이 증가하고 있다. As the degree of integration of semiconductor devices increases, the defects caused by particles as well as silicon gratings have a devastating effect on the operation of the device, thus increasing the importance of investigating defects in semiconductor devices in terms of yield management. have.

특히, 반도체 소자의 디자인 룰이 0.18㎛ 이하로 감소하여 현재 90nm에 이르고 있는데, 소자의 작동에 치명적인 영향을 미치는 결함의 크기는 그 소자의 디자인-룰의 절반 이상이 된다. 즉, 90nm의 디자인-룰을 갖는 소자의 경우, 50nm의 크기를 갖는 결함이 소자의 작동에 영향을 미칠 수 있다. 고배율 결함조사 장치인 SEM(scanning electro microscopy)으로는 0.1㎛ 이하의 결함을 판독할 수 없을 뿐만 아니라 결함의 형태가 어떤 것인지를 인식하는 것도 매우 어렵다. In particular, the design rules of semiconductor devices have been reduced to 0.18 micrometers or less and are now reaching 90 nm, and the size of defects that have a critical effect on the operation of the devices is more than half of the design rules of the devices. That is, for a device with a design-rule of 90 nm, a defect with a size of 50 nm can affect the operation of the device. Scanning electromicroscopy (SEM), which is a high magnification defect inspection apparatus, is not only able to read defects smaller than 0.1 µm but also very difficult to recognize the shape of the defects.

또한, 일반적으로 반도체 소자의 결함을 검출하기 위해 OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change) 또는 THEMOS(thermal emission monitoring system)를 많이 사용하나 이는 노이즈가 발생할 수 있고, 해상도(Resolution)가 낮기 때문에 정밀하게 결함부분을 검출하기가 어렵다. In addition, optical beam induced resistance change (OBIRCH) or thermal emission monitoring system (THMOS) is commonly used to detect defects of semiconductor devices, but noise may occur and resolution is precisely because of low resolution. Is difficult to detect.

본 발명은 AFM을 이용하여 반도체 장치의 결함부분을 정밀하게 검출하는 반도체 장치의 결함 검출 방법을 제공하는데 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a defect detection method of a semiconductor device for precisely detecting a defective portion of a semiconductor device using AFM.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전압이 인가된 반도체 기판상에 구비된 금속패턴에 대해 AFM의 팁을 이용하여 전압을 측정하는 단계; 측정한 전압값에 대해 큰 편차를 가지는 전압수치의 측정위치를 결함위치로서 검출하는 단계; 및 상기 측정위치에 관한 정보를 AFM의 영상정보에 이미지로 표시하는 단계를 포함하는 AFM을 이용한 반도체 장치의 결함 검출 방법에 관한 것이다. The present invention for achieving the above object comprises the steps of measuring the voltage using a tip of the AFM for the metal pattern provided on the semiconductor substrate to which the voltage is applied; Detecting a measurement position of a voltage value having a large deviation with respect to the measured voltage value as a defect position; And displaying the information regarding the measurement position as an image on the image information of the AFM.

본 발명에서 상기 전압을 측정하는 단계는 상기 팁 양측에 각각 구비된 전압계를 이용하여 전압을 측정하는 것을 특징으로 하고, 상기 결함위치로서 검출하는 단계는 상기 측정한 전압값의 평균치를 이용하여 상기 평균치에 대한 편차가 가장 높은 전압값을 가지는 측정위치를 상기 결함위치로 검출하거나, 또는 상기 팁 양측에 각각 구비된 전압계를 통해 측정한 전압의 차이를 계산하는 단계; 및 상기 계산한 전압 차 중에서 가장 많은 차이를 가지는 위치를 상기 결함위치로서 특정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the step of measuring the voltage is characterized in that the voltage is measured using a voltmeter provided on each side of the tip, the step of detecting as the defect position is the average value using the average value of the measured voltage value Detecting a measurement position having a voltage value having the highest deviation with respect to the defect position, or calculating a difference between voltages measured through a voltmeter provided at each of the tips; And specifying the position having the largest difference among the calculated voltage differences as the defect position.

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

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 ＡＦＭ을 이용한 반도체 장치의 결함 검출 방법을 설명하기 위한 예시도로서, 도 1a는 체인(chain)형의 금속 패턴을 가지는 반도체 장치에서 금속 패턴의 결함을 검출하는 과정의 단면도이고, 도 1b는 콤브(comb)형의 금속 패턴을 가지는 반도체 장치에서 금속 패턴의 결함을 검출하는 과정의 상면도이며, 도 1c는 서펜트(serpent)형의 금속 패턴을 가지는 반도체 장치에서 금속 패턴의 결함을 검출하는 과정의 상면도이다. 1A to 1D are exemplary views illustrating a defect detection method of a semiconductor device using an AFM according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1A is a defect of a metal pattern in a semiconductor device having a chain-shaped metal pattern. 1B is a top view of a process of detecting a defect of a metal pattern in a semiconductor device having a comb-type metal pattern, and FIG. 1C is a view having a serpent-type metal pattern The top view of the process of detecting the defect of a metal pattern in a semiconductor device.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이 반도체 기판(100)상에 구비된 다수의 절연층(110, 120)에 형성된 금속패턴, 예를 들어 구리로 이루어진 상부 배선패턴(130)과 하부 배선패턴(140) 및 상부 배선패턴(130)과 하부 배선패턴(140) 사이를 연결하는 다수의 콘택(150)으로 구성된 반도체 장치에 대해 본 발명의 실시예에 따른 AFM의 팁(tip: 200)을 이용하여 전압을 측정한다(S201). First, as shown in FIG. 1A, an upper wiring pattern 130 and a lower wiring pattern 140 formed of metal patterns, for example, copper, formed on a plurality of insulating layers 110 and 120 provided on the semiconductor substrate 100. ) And a semiconductor device including a plurality of contacts 150 connecting between the upper wiring pattern 130 and the lower wiring pattern 140 using a tip 200 of the AFM according to an embodiment of the present invention. It is measured (S201).

AFM은 원자 수준의 3차원 표면 영상을 얻을 수 있는 나노 스케일의 디자인 룰에서 매우 강력하고 유용한 장비로서, 본 발명의 실시예에 따른 AFM의 핵심 부품은 마이크로 기술로 제조된 팁(200)과 캔틸레버(cantilever: 210)로서, 반도체 장치의 3차원 영상을 얻기 위해 AFM에 사용하는 팁(200)은 일반적으로 실리콘(silicon)을 재질로 하여 반도체 미세 가공 기술에 의해 제조되고, 반도체 장치에 소정의 전압을 인가한 상태에서 패턴(130,400,500,600)으로부터 전압을 측정한다. 물론, AFM은 반도체 장치의 전기적 성질에 관계없이 원자 간에 상호 작용하는 힘을 이용하여, 도체나 부도체 모두를 높은 분해능으로 관찰할 수 있으므로, 모폴로지(morphology) 뿐만 아니라 각 부위의 단면도 및 입체도 등을 얻을 수 있다. AFM is a very powerful and useful equipment in the nanoscale design rule that can obtain atomic-level three-dimensional surface image, the core component of the AFM according to the embodiment of the present invention is a micro-technical tip 200 and cantilever ( cantilever (210), a tip 200 used for AFM to obtain a three-dimensional image of a semiconductor device is generally manufactured by a semiconductor microfabrication technique made of silicon, and a predetermined voltage is applied to the semiconductor device. The voltage is measured from the patterns 130, 400, 500, and 600 in the applied state. Of course, AFM can observe both the conductor and the non-conductor at high resolution by using the force interacting between atoms regardless of the electrical properties of the semiconductor device, so that not only the morphology but also the cross-sectional view and the stereoscopic view of each part, etc. You can get it.

또한, 캔틸레버(210)는 길이가 100㎛, 폭이 10㎛, 두께가 1㎛의 아주 작은 실리콘 막대이고 미세한 힘에 의해서도 위아래로 쉽게 휘어지도록 만들어지며, 캔틸레버(210)의 끝 부분에 구비된 높이 5㎛ 정도의 뾰족한 팁(200)으로부터 측정된 전압값을 AFM의 제어부(도시하지 않음)로 전달하는 기능을 수행한다. In addition, the cantilever 210 is a very small silicon rod having a length of 100 μm, a width of 10 μm, and a thickness of 1 μm and is easily bent up and down by a minute force, and the height provided at the end of the cantilever 210. It performs a function of transferring the measured voltage value from the sharp tip 200 of about 5㎛ to the controller (not shown) of the AFM.

이 팁(200)의 끝은 원자 몇 개 정도의 크기(즉, 수 ㎚)로 매우 첨예하다. 이 팁(200)을 반도체 장치의 표면에 접근시키면 팁(200) 끝의 원자와 반도체 장치의 패턴 표면의 원자 사이에 작용하는 인력과 척력이 작용함과 동시에 캔틸레버(210)를 좌우, 전후로 스캐닝(scanning)해가면 팁(200)이 반도체 장치 패턴(130,400,500,600)의 높낮이를 따라감에 따라, 반도체 장치의 패턴으로부터 전압을 측정하게 된다. The tip of this tip 200 is very sharp with the size of a few atoms (ie, several nm). When the tip 200 approaches the surface of the semiconductor device, attractive force and repulsive force acting between the atoms at the tip of the tip 200 and the atoms of the pattern surface of the semiconductor device, and simultaneously scan the cantilever 210 from side to side and back and forth ( As the tip 200 follows the height of the semiconductor device patterns 130, 400, 500, and 600, the voltage is measured from the pattern of the semiconductor device.

따라서, 팁(200)을 구비한 AFM을 이용하여, 도 1a내지 도 1c에 도시된 다양한 패턴(130,400,500,600)에 팁(200)을 접촉하여 측정한 전압을 도 3에 도시된 바와 같이 도시할 수 있다. Therefore, using the AFM having the tip 200, the voltage measured by contacting the tip 200 with the various patterns 130, 400, 500, and 600 illustrated in FIGS. 1A to 1C may be illustrated as shown in FIG. 3. .

이때, 각 지점에서 팁(200)이 전기적으로 전압을 측정하여 얻어진 전압 수치는 캔틸레버(210)를 통해 AFM의 제어부(도시하지 않음)로 전달되어 저장되고, 측정된 전압수치의 평균값을 계산한다(S202). 즉, AFM의 제어부는 도 3에 도시된 바와 같은 각 지점의 전압수치를 수신하여 소정의 메모리에 저장하고 그래프로 계산하여 평균치를 검출할 수 있다. At this point, the voltage value obtained by the tip 200 electrically measuring the voltage at each point is transmitted to the control unit (not shown) of the AFM through the cantilever 210 and stored, and calculates an average value of the measured voltage values ( S202). That is, the controller of the AFM may receive the voltage value of each point as shown in FIG. 3, store it in a predetermined memory, calculate a graph, and detect an average value.

이와 같이 계산하고 검출한 전압의 평균치에 대해 큰 편차를 가지는 전압수치의 측정위치를 검출한다(S203). 예를 들어, 결함이 발생한 위치(300,310,320)를 지날 때 해당 위치(300,310,320)의 저항이 높으므로 양쪽 전압계(V1,V2)에서 전압 차가 크게 발생하게 되므로, 양쪽 전압계(V1,V2)에서 전압 차가 크게 발생한 위치(300,310,320)를 결함위치로서 특정하고, 이 위치(300,310,320) 부분을 검출하면 결함이 발생한 위치를 정확하게 파악할 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 전압의 평균치에 대해 큰 편차를 가지는 전압수치의 측정위치(A)로 검출하여 그래프 상에 표시하거나 측정위치(A)에 관한 정보를 저장할 수 있다. The measurement position of the voltage value having a large deviation with respect to the average value of the voltage calculated and detected in this way is detected (S203). For example, since the resistances of the positions 300, 310, and 320 are high when passing through the defective positions 300, 310, and 320, a large voltage difference is generated in both voltmeters V1 and V2. When the generated positions 300, 310 and 320 are identified as defect positions, and the portions 300, 310 and 320 are detected, the positions where the defects occur can be accurately determined. Accordingly, as shown in FIG. 3, the measurement position A of the voltage value having a large deviation with respect to the average value of the voltage may be detected and displayed on the graph, or information about the measurement position A may be stored.

큰 편차를 가지는 전압수치의 측정위치(A)를 검출한 후, 측정위치(A)에 관한 정보를 AFM의 단면도 및 입체도와 같은 AFM의 영상정보에 이미지로 표시한다(S204). After detecting the measurement position A of the voltage value having a large deviation, information about the measurement position A is displayed as an image on the AFM image information such as a cross-sectional view and a stereoscopic view of the AFM (S204).

즉, 반도체 장치의 패턴(130,400,500,600)을 따라 각각의 위치에서 검출된 전압수치중 큰 편차를 가지는 전압수치의 위치(300,310,320)를 기존의 AFM의 영상정보, 구체적으로 반도체 장치의 표면 형상 또는 3차원 이미지로 디스플레이된 AFM의 단면도 및 입체도에 표시하여 사용자가 결함위치를 파악하기 쉽게 할 수 있다. That is, the positions 300, 310, and 320 of the voltage values having a large deviation among the voltage values detected at each position along the patterns 130, 400, 500, and 600 of the semiconductor device may be converted into image information of the existing AFM, specifically, the surface shape or three-dimensional image of the semiconductor device. The cross section and stereoscopic view of the displayed AFM can be displayed to make it easier for the user to identify the defect location.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation.

또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. In addition, those skilled in the art will understand that various implementations are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상기한 바와 같이 본 발명은 AFM을 이용하여 반도체 장치의 결함부분을 정밀하게 검출하는 반도체 장치의 결함 검출 방법을 제공하여 사용자의 편의를 도모할 수 있다. As described above, the present invention can provide a defect detection method of a semiconductor device that accurately detects a defective portion of the semiconductor device by using an AFM, and thus can be user-friendly.

Claims (4)

전압이 인가된 반도체 기판상에 구비된 금속패턴에 대해 AFM(Atomic Force Microscope)의 팁을 이용하여 전압을 측정하는 단계; Measuring a voltage using a tip of an atomic force microscope (AFM) with respect to a metal pattern provided on a semiconductor substrate to which a voltage is applied; 상기 측정된 전압값의 평균치에 대해 소정값 보다 큰 편차를 가지는 전압수치의 측정위치를 결함위치로서 검출하는 단계; 및 Detecting a measurement position of a voltage value having a deviation greater than a predetermined value with respect to the average value of the measured voltage values as a defect position; And 상기 측정위치에 관한 정보를 AFM의 영상정보에 이미지로 표시하는 단계를 포함하는 AFM을 이용한 반도체 장치의 결함 검출 방법. And displaying the information on the measurement position as an image on the image information of the AFM. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전압을 측정하는 단계는 상기 팁 양측에 각각 구비된 전압계를 이용하여 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 AFM을 이용한 반도체 장치의 결함 검출 방법. Measuring the voltage is a defect detection method of a semiconductor device using the AFM, characterized in that for measuring the voltage using a voltmeter provided on each side of the tip. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 결함위치로서 검출하는 단계는 Detecting as the defect position 상기 측정된 전압값의 평균치에 대해 가장 큰 편차를 가진 전압이 측정된 측정위치를 상기 결함위치로 검출하는 것을 특징으로 하는 AFM을 이용한 반도체 장치의 결함 검출 방법. And detecting the measured position at which the voltage having the greatest deviation from the average value of the measured voltage values is measured as the defect position. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 결함위치로서 검출하는 단계는 Detecting as the defect position 상기 팁 양측에 각각 구비된 전압계를 통해 측정한 전압의 차이를 계산하는 단계; 및 Calculating a difference between voltages measured by voltmeters provided at both sides of the tip; And 상기 계산한 전압 차 중에서 가장 많은 차이를 가지는 위치를 상기 결함위치로서 특정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 AFM을 이용한 반도체 장치의 결함 검출 방법. And identifying the position having the largest difference among the calculated voltage differences as the defect position.
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