摘要：簡要介紹了當(dāng)前半導(dǎo)體生產(chǎn)中對電子顯微鏡缺陷再檢測(Defect Review SEM，DRSEM)系統(tǒng)的要求，以及應(yīng)用材料公司針對這些要求推出的新一代DRSEM系統(tǒng)——SEMVisionG2 FIB的各種主要功能及其在半導(dǎo)體生產(chǎn)線上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：缺陷：DRSEM：SEMVisionG2 FIB

中圖分類號：TNl6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-353X(2004)04-0021-04

1 引言

半導(dǎo)體工業(yè)集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展推動了新材料、新技術(shù)的不斷應(yīng)用，比如線寬的不斷減小、晶體管密度的不斷提升，以及大量新材料的引入如低介電常數(shù)材料等，這些變化和發(fā)展趨勢對半導(dǎo)體企業(yè)中的良率和缺陷控制部門提出了新的課題——如何迅速判斷并解決不斷出現(xiàn)的新問題。同時也對DRSEM系統(tǒng)提出了新的要求。表1列舉了當(dāng)前半導(dǎo)體生產(chǎn)狀況及其對DRSEM的要求。

2 SEMVisionG2 FIB的解決方案

為應(yīng)對半導(dǎo)體生產(chǎn)中這樣的要求，應(yīng)用材料(Applied Materials)公司在SEMVision cX的基礎(chǔ)上推出了新一代的DRSEM系統(tǒng)SEMVisionG2 FIB。表2列舉了SEMVision G2 FIB的主要技術(shù)指標(biāo)及其與SEMVision cX的對比。以下對該系統(tǒng)的主要性能及相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行介紹。

2．1 高分辨率

SEMVisionG2 FIB系統(tǒng)在關(guān)鍵部件如電子槍、檢測器和圖形處理模塊等方面有很大的改進(jìn)，使得該系統(tǒng)在lkeV的加速電壓下即可得到3．5nm的有效分辨率。配合已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MPSITM(multiple perspective SEM imaging)技術(shù)和自動電子槍校準(zhǔn)技術(shù)，即使在圖形密集區(qū)也能對小于100nm的微小缺陷進(jìn)行自動模式下的再檢測（auto defect review,ADR）。

2．2 對具有高縱橫比結(jié)構(gòu)(high aspect ratio，HAR)中的缺陷的review

通過對電子槍的改進(jìn)，使其具有了透鏡化效應(yīng)(1ensing effect)(見圖1a)。從而使在HAR結(jié)構(gòu)底部的缺陷也能被檢測到，而無需作進(jìn)一步的聚焦離子束(focused ion beam，F(xiàn)IB)切片即可作出缺陷來源的準(zhǔn)確分析(見圖1b)。

2．3 電性缺陷的再檢測

由于檢測電流可高達(dá)1.2nA，配合以特殊的電壓差異(voltage contrast)電子掃描方式可對所有的電性缺陷進(jìn)行再檢測，如Contact／Via填充后形成的未接觸(floating)和空洞(voids)等缺陷(圖2)。

2．4 對易帶電層的再檢測

SEMVisionG2 FIB通過改變電子束掃描方式和改變掃描速度等技術(shù)提供了多種抗帶電荷模式來消除和減輕易帶電荷材料對缺陷再檢測的負(fù)作用，如圖像質(zhì)量差，虛假缺陷(false alarm)的捕獲等。從而在各種有機(jī)或無機(jī)LowK材料和光阻材料層的缺陷REVIEW時依然能得到很好的成像效果。

2．5 自動功能

2．5．1 ADR功能

SEMVisionG2 FIB在保留Manualreview供工程模式(engineering mode)使用外，更提供了高可靠性(redetectionrate≥95％)的ADR模式。ADR程式具有可變參數(shù)少，移植性好(不同產(chǎn)品，不同工藝層之間)等特點(diǎn)而易于編寫和修改。在生產(chǎn)中具有很好的穩(wěn)定性和重復(fù)性。尤其重要的是在數(shù)臺已匹配的系統(tǒng)之間可相互拷貝ADR程式，無需修改即可得到一致的表現(xiàn)。

2．5．2 自動缺陷分類(auto defect classification，ADC)

對良率控制部門或缺陷控制部門來說僅以全部缺陷增加值來進(jìn)行缺陷漂移監(jiān)控已不能滿足半導(dǎo)體生產(chǎn)的要求。而應(yīng)尋求以不同缺陷種類進(jìn)行監(jiān)控從而能快速確定失控或超標(biāo)缺陷的來源，迅速解決生產(chǎn)線上存在的問題。SEMVisionG2FIB的ADC功能即可實(shí)現(xiàn)這樣的目的。由于有多達(dá)三個檢測器并分為材料／邊界通道和形貌通道，可以得到85％及以上的準(zhǔn)確度和精確度。并且ADC程式可在線寬接近，布圖類似的相同工藝層之間進(jìn)行移植。

2．5．3 能量分布X射線譜元素分析(EDX)

可在Bare／blank晶片和有Pattern的精片上進(jìn)行自動EDX元素分析。主要應(yīng)用在：

●對工藝機(jī)臺系統(tǒng)的監(jiān)控
●對新機(jī)臺的評估
●對進(jìn)行過預(yù)防性維護(hù)的機(jī)臺的評估
●缺陷漂移問題的解決

2．5．4 自動工藝檢測(API)

API是一種利用DRSEM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對缺陷直接檢測的技術(shù)。由于APl這一功能并非EBI系統(tǒng)，因此API功能僅適用于對量產(chǎn)或工藝改變中已知有規(guī)律的的缺陷進(jìn)行非連續(xù)的檢測。與EBI系統(tǒng)相比具有較低的總體擁有成本。APl的應(yīng)用主要在普通光學(xué)缺陷檢測(Optical lnspection)系統(tǒng)具有局限性的如超微小缺陷和電性缺陷等方面的檢測。API利用Die-to-Die比對方式，可對如下缺陷進(jìn)行直接檢測：

●連接斷開(Disconnected Plugs)

◇Contacts／Vias在填充之后
◇銅工藝(Cu process)在化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)之后
●殘余和橋接(Residue和Bridge)
◇Poly和Metal在蝕刻(Etch)之后
●連接孔部分蝕刻(Partially etched contact ho1es)
●圖形和連接