TWI548013B - 結合實體座標之位元失效偵測方法 - Google Patents

Description

結合實體座標之位元失效偵測方法

本發明是有關於一種失效分析法(Failure Analysis Methodology)，且特別是有關於一種結合實體座標之位元失效偵測方法。

隨著IC製程的線寬持續縮小，對於元件的精確控制與監測也更加重要。以奈米世代半導體技術來看，要增加元件的良率勢必要對其進行精確的檢測與分析。

目前用於晶片失效分析(failure analysis，FA)的方法包括一種稱為位元失效偵測(Bitmap failure)的技術，可得到失效位元(failure bits)並找出其實體位置，並且能根據失效項目(failure item)來預測是晶片內部的哪一層結構失效。

然而，因為造成位元失效的原因不明，所以如果想要準確得到位元失效的原因，就必須把受測的整個晶片從表面開始研磨，一直到可能導致位元失效的那層結構，再對其進行掃描式電子顯微鏡(SEM)表面分析。因此，目前的位元失效分析耗工耗時。

本發明提供一種結合實體座標之位元失效偵測方法，能大幅縮短位元失效的分析時間。

本發明另提供一種結合實體座標之位元失效偵測方法，能快速得到失效位元的實體位置與失效原因。

本發明的結合實體座標之位元失效偵測方法包括先取得一晶圓對位檢測資料。所述晶圓對位檢測資料包括一晶圓內每一層的多數個缺陷的影像和所述缺陷於所述晶圓內的多數個實體座標。在此方法中，進行一位元失效偵測步驟，以得到所述晶圓內多數個失效位元的一數位座標，並轉換所述數位座標為線或多邊形的多數個實體位置。然後，將實體位置重疊於晶圓內的實體座標，以得到失效位元與缺陷之間的關聯性。

在本發明的一實施例中，上述的方法還包括根據各該失效位元的所述實體位置對應所述晶圓內的所述實體座標，得到所述缺陷的掃描式電子顯微(SEM)影像，再依據SEM影像判定導致所述失效位元的原因。

在本發明的一實施例中，上述實體位置重疊於晶圓內的實體座標之步驟包括根據晶圓對位檢測資料中不同的缺陷，將所述失效位元進行分類。

本發明的另一結合實體座標之位元失效偵測方法包括進行一位元失效偵測步驟，以取得一晶圓內的所有失效位元的數位 座標，再將所述數位座標轉換為一圖形資料系統座標(GDS file coordinate)或一檢測結果座標(inspection result file coordinate)。接著，比對所述圖形資料系統座標或所述檢測結果座標的資料與所述晶圓的資料庫(database)檔案，以輸出所述失效位元的多數個實體位置。比對所述實體位置與所述晶圓的檢測結果檔，即可得到與失效位元相應的缺陷。

在本發明的另一實施例中，上述的方法還包括根據所得到的缺陷對所述失效位元進行分類。

在本發明的另一實施例中，上述數位座標轉換的是檢測結果座標的話，則在比對資料與資料庫檔案之步驟中，將檢測結果座標直接與檢測缺陷晶圓圖(defect Klarf map)進行比對。

在本發明的另一實施例中，上述數位座標轉換的是圖形資料系統座標的話，則在比對資料與資料庫檔案之前，先將檢測缺陷晶圓圖之座標轉為圖形資料系統檔之座標。

在本發明的各實施例中，上述位元失效偵測步驟所得的所述數位座標包括多數個位元線的失效以及多數個字元線的失效。

在本發明的各實施例中，上述位元線的失效或字元線的失效可包括開路(open)、短路(short)或通路(close)。

在本發明的各實施例中，上述缺陷的部位包括字元線、位元線、多晶矽層或接觸窗。

在本發明的各實施例中，上述的方法還包括比較失效位 元的數量以及缺陷的總數，來得到導因於位元失效的缺陷之機率(又稱為「來源層產生之缺陷影響產率比例」)。

在本發明的各實施例中，上述的方法還包括藉由所述晶圓內位於不同晶粒之檢測結果得到重複的系統缺陷(repeating systematic defects)。

基於上述，本發明能在短時間內一次得到數百甚至數千個位元失效的分析結果，並能藉由缺陷數量與失效位元之間的比例得到字元線失效的來源(層)或缺陷類型之致命率。而且本發明藉由晶片檢測系統所儲存的晶片影像，還能直接取得引發位元失效的缺陷部位之影像並判定其缺陷類型。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100~130、400~430‧‧‧步驟

301~309‧‧‧類型

500‧‧‧座標

502‧‧‧直線

504‧‧‧區域

506‧‧‧缺陷

圖1是依照本發明的第一實施例的一種結合實體座標之位元失效偵測步驟圖。

圖2是第一實施例中的晶圓對位檢測結果圖。

圖3A是第一實施例中根據晶圓對位檢測資料分類失效位元的條狀圖。

圖3B是經由圖3A得到的晶圓圖(wafer map)。

圖4是依照本發明的第二實施例的一種結合實體座標之位元 失效偵測步驟圖。

圖5是第二實施例所得的座標示意圖。

圖6是圖5中的缺陷位置的SEM影像圖。

圖1是依照本發明的第一實施例的一種結合實體座標之位元失效偵測步驟圖。

請參照圖1，本實施例的方法先進行步驟100，取得一晶圓對位檢測(wafer mapping)資料。所謂的晶圓對位檢測是藉由檢測機台根據晶圓圖(wafer map)與實際晶圓對位並取得影像，因此可即時檢測晶圓中每一個晶粒(die)，並針對晶粒中的各種缺陷於晶圓圖上以不同顏色編碼標註，如圖2所示(圖2雖以黑白顯示但實際上是彩色)。上述影像一般是用掃描式電子顯微(SEM)取得，所以能被存檔並以晶粒位置或缺陷種類分別命名。在本實施例中，所述晶圓對位檢測資料包括單一晶圓內每一層結構中的缺陷影像、以及各個缺陷於所述晶圓內的實體座標(physical coordinates)。上述缺陷的部位例如字元線、位元線、多晶矽層、接觸窗等晶圓內的結構。

然後，在步驟110中，進行位元失效偵測(Bitmap failure)步驟，以得到上述晶圓內失效位元(failure bits)的數位座標。所謂的位元失效偵測的技術是利用偵測儀器測得失效的位元，並以數位座標輸出結果。上述位元失效偵測步驟所得的所述數位座標可 包含不同類型的位元失效，如位元線的失效、字元線的失效或其他線路導致的失效。而且，位元線的失效或者是字元線的失效還可分類成由不同原因所導致的失效，例如開路(open)、短路(short)或通路(close)等。

接著，在步驟120中，轉換上述數位座標為線或多邊形(polygon)的實體位置。由於目前的位元失效偵測步驟所得到的資料是以GDSII座標形式顯示失效位元的實體布局，所以可藉由上述偵測儀器內的特定軟體或者其他適當設備，將數位座標轉換成能對應到步驟100之晶圓對位檢測的實體座標的檔案。

然後，在步驟130中，將上述實體位置重疊於晶圓內的實體座標，以得到失效位元與缺陷之間的關聯性。舉例來說，在執行步驟130之後能得到包括缺陷編號(defect ID)、x與y的座標值、缺陷分類、來源層(source layer)、相應的SEM影像(如果有的話)等資料。如上述，本實施例的步驟130能進一步根據晶圓對位檢測資料中不同的缺陷，將所述失效位元進行分類，請參照經過分類後得到的條狀圖3A，其顯示9種不同缺陷類型301~309以及其對應的數量，且所有缺陷的數量是1647個。如果要分析不同缺陷在晶圓上的分布，可經由軟體反推得到圖3B的晶圓圖(圖3B雖以黑白顯示但實際上是彩色)。

此外，由於根據各個失效位元的實體位置對應晶圓內的實體座標，能得到每個缺陷的SEM影像，並可依據SEM影像判定導致失效位元的原因。此處的SEM影像即為上述晶圓對位檢測 時所取得的影像，所以不需要額外的時間來取得這些缺陷的影像。當然本發明並不限於此，只要根據失效位元的實體位置對應晶圓內的實體座標，就能得到缺陷的位置，並進而比對特徵(signature)與失效位元。

另外，根據第一實施例的方法還能藉由比較失效位元的數量以及缺陷的總數，來得到導因於位元失效的缺陷之機率(又稱為「來源層產生之缺陷影響產率比例(source killing ratio)」)。換言之，當步驟100所得到的晶圓對位檢測資料顯示缺陷數量總共有m個，而從步驟130得到對應於失效位元之缺陷數量為n個，則可藉由(n/m×100%)得到導因於位元失效的缺陷之機率。

再者，由於第一實施例是對整個晶圓進行的偵測，因此能藉由晶圓內位於不同晶粒(die)之檢測結果得到重複的系統缺陷(repeating systematic defects)。舉例來說，如果設定允許誤差為1μm的話，在不同晶粒的相同位置±1μm的缺陷即可認定為重複的系統(repeating defect)。

圖4是依照本發明的第二實施例的一種結合實體座標之位元失效偵測步驟圖。

請參照圖4，本實施例的方法先在步驟400中，進行一位元失效偵測步驟，以取得一晶圓內的所有失效位元的數位座標。上述位元失效偵測步驟所得的數位座標可包含不同類型的位元失效，如位元線的失效、字元線的失效或其他線路導致的失效。而且，位元線的失效或者是字元線的失效還可分類成由不同原因所 導致的失效，例如開路(open)、短路(short)或通路(close)等。

在步驟410中，將上述數位座標轉換為圖形資料系統座標(GDS coordinate)或檢測結果座標(inspection result coordinate，如Klarf file coordinate)。GDS檔一般是佈局(layout)的電路設計檔，所以附有晶圓的實體座標。此外，目前的晶圓檢測系統的結果也能經由特定軟體轉換成GDS座標。至於檢測結果座標例如是經由KLA公司的檢測設備所得到的結果檔(亦稱Klarf)。詳細來說，可將數位座標(如bitmap檔的座標)轉換成實體的GDS座標或者Klarf座標。

接著，在步驟420中，比對圖形資料系統座標或檢測結果座標的資料與上述晶圓的資料庫(database)檔案，以輸出失效位元的實體位置。具體來說，如果在上一步驟410是轉換為Klarf座標，則直接將其與檢測缺陷晶圓圖(defect Klarf map)再進行比對。此外，如果在上一步驟410是轉換為GDS座標，則需先將檢測缺陷晶圓圖之座標(Klarf座標)轉為GDS座標，再比對兩者。

然後，在步驟430中，比對上述實體位置與晶圓的檢測結果檔(inspection result file)，即可得到與各個失效位元相應的缺陷。譬如圖5顯示的就是進行步驟430後可得到的座標示意圖。在圖5中，座標500內的直線502是經由步驟410轉換成GDS座標的失效位元的實體位置，而區域504就是經過步驟403得到的與失效位元相應的缺陷506之位置。雖然圖5只顯示一條直線502(即一個失效位元)，但是實際上單一晶圓內會有數千或數萬的 失效位元，故本發明並不限於此。而且，由於所謂的「檢測結果檔(inspection result file)」是在晶圓製程期間隨著每一步驟進行而執行的晶圓檢測，例如晶圓對位檢測(wafer mapping)，所以能同時取得實際晶圓各層的影像，所以根據圖5的區域504之座標能找出對應的掃描式電子顯微(SEM)影像圖6，並可依據SEM影像判定導致失效位元(502)的原因。如果在預測的某一層的SEM影像中並無發現缺陷，則可藉由檢視其他層的相同位置之SEM影像來找出缺陷。

而且，根據所得到的缺陷還可對所述失效位元進行分類。舉例來說，因為缺陷的部位可能是字元線、位元線、多晶矽層、接觸窗或以上兩種以上的結構，所以也可以將測得的失效位元分類成(1)因為字元線本身的缺陷導致的失效位元、(2)因為位元線本身的缺陷導致的失效位元、(3)因為多晶矽層(如閘極結構)的缺陷導致的失效位元、(4)因為接觸窗的缺陷導致的失效位元……等。

另外，在第二實施例中，可藉由比較失效位元的數量以及缺陷的總數，來得到導因於位元失效的缺陷之機率(又稱為「來源層產生之缺陷影響產率比例(source killing ratio)」)。在第二實施例中還可藉由晶圓內位於不同晶位(die ID)之檢測結果得到重複的系統缺陷(repeating systematic defects)。

綜上所述，本發明能在短時間內一次得到數百甚至數千個位元失效的分析結果，並藉由得到缺陷相對失效位元之精確位 置，有利於偵測失效位元並找出其原因。本發明還能藉由缺陷數量與失效位元之間的比例得到字元線失效的來源(層)致命率。由於本發明使用晶片檢測系統所儲存的晶片影像，所以還能直接取得引發位元失效的缺陷部位之影像。此外，根據本發明之方法還可取得重複的系統缺陷。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100~130‧‧‧步驟

Claims (11)

1. 一種結合實體座標之位元失效偵測方法，包括：取得一晶圓對位檢測資料，所述晶圓對位檢測資料包括一晶圓內每一層的多數個缺陷的影像和所述缺陷於所述晶圓內的多數個實體座標；進行一位元失效偵測步驟，以得到所述晶圓內多數個失效位元的一數位座標，所述數位座標包括多數個位元線的失效以及多數個字元線的失效；轉換所述數位座標為線或多邊形的多數個實體位置；以及將所述實體位置重疊於所述晶圓內的所述實體座標，以得到所述失效位元與所述缺陷之間的關聯性。
2. 如申請專利範圍第1項所述的結合實體座標之位元失效偵測方法，更包括：根據各該失效位元的所述實體位置對應所述晶圓內的所述實體座標，得到所述缺陷的多數個掃描式電子顯微(SEM)影像；以及依據所述SEM影像判定導致所述失效位元的原因。
3. 如申請專利範圍第1項所述的結合實體座標之位元失效偵測方法，其中所述實體位置重疊於所述晶圓內的所述實體座標之步驟包括：根據所述晶圓對位檢測資料中不同的所述缺陷，將所述失效位元進行分類。
4. 一種結合實體座標之位元失效偵測方法，包括：進行一位元失效偵測步驟，以取得一晶圓內的所有失效位元 的一數位座標，所述數位座標包括多數個位元線的失效以及多數個字元線的失效；將所述數位座標轉換為一圖形資料系統座標或一檢測結果座標；比對所述圖形資料系統座標或所述檢測結果座標的一資料與所述晶圓的一資料庫檔案，以輸出所述失效位元的多數個實體位置；以及比對所述實體位置與所述晶圓的一檢測結果檔，以得到與所述失效位元相應的多數個缺陷。
5. 如申請專利範圍第4項所述的結合實體座標之位元失效偵測方法，更包括根據所述缺陷對所述失效位元進行分類。
6. 如申請專利範圍第4項所述的結合實體座標之位元失效偵測方法，其中所述數位座標轉換的是所述檢測結果座標的話，則在比對所述資料與所述資料庫檔案之步驟中，將所述檢測結果座標直接與檢測缺陷晶圓圖進行比對。
7. 如申請專利範圍第4項所述的結合實體座標之位元失效偵測方法，其中所述數位座標轉換的是所述圖形資料系統座標的話，則在比對所述資料與所述資料庫檔案之步驟前更包括：將檢測缺陷晶圓圖座標轉為一圖形資料系統檔之座標。
8. 如申請專利範圍第1項或第4項所述的結合實體座標之位元失效偵測方法，其中所述位元線的失效或所述字元線的失效包括開路(open)、短路(short)或通路(close)。
9. 如申請專利範圍第1項或第4項所述的結合實體座標之位元失效偵測方法，其中所述缺陷的部位包括字元線、位元線、多晶矽層或接觸窗。
10. 如申請專利範圍第1項或第4項所述的結合實體座標之位元失效偵測方法，更包括藉由比較所述失效位元的數量以及所述缺陷的總數得到導因於位元失效的缺陷之機率。
11. 如申請專利範圍第1項或第4項所述的結合實體座標之位元失效偵測方法，更包括藉由所述晶圓內位於不同晶粒之檢測結果得到重複的系統缺陷。